Maklumat

8.1: Bagaimana Mikrob Tumbuh - Biologi


kemahiran untuk dikembangkan

  • Tentukan masa penjanaan untuk pertumbuhan berdasarkan pembelahan binari
  • Kenal pasti dan terangkan aktiviti mikroorganisma yang mengalami fasa pembelahan binari (pembahagian sel sederhana) dalam keluk pertumbuhan
  • Terangkan beberapa kaedah makmal yang digunakan untuk menentukan jumlah sel yang layak dan total pada populasi yang mengalami pertumbuhan eksponensial
  • Huraikan contoh pembahagian sel yang tidak melibatkan pembelahan binari, seperti pemula atau pemecahan
  • Huraikan pembentukan dan ciri biofilm
  • Kenal pasti risiko kesihatan yang berkaitan dengan biofilm dan bagaimana ia ditangani
  • Jelaskan penginderaan kuorum dan peranannya dalam komunikasi sel ke sel dan koordinasi aktiviti sel

Klinikal Kotak fokus: BAHAGIAN 1

Jeni, seorang wanita hamil berusia 24 tahun pada trimester keduanya, mengunjungi klinik dengan aduan demam tinggi, 38.9 ° C (102 ° F), keletihan, dan sakit otot - tanda dan gejala seperti selesema biasa. Jeni bersenam secara teratur dan mengikuti diet berkhasiat dengan penekanan pada makanan organik, termasuk susu mentah yang dibelinya dari pasar tani tempatan. Semua pelaliannya terkini. Namun, penyedia perkhidmatan kesihatan yang melihat Jeni prihatin dan memerintahkan sampel darah dihantar untuk diuji oleh makmal mikrobiologi.

Latihan ( PageIndex {1} )

Mengapa penyedia perkhidmatan kesihatan mengambil berat tentang tanda dan gejala Jeni?

Kitaran sel bakteria melibatkan pembentukan sel baru melalui replikasi DNA dan pembahagian komponen sel menjadi dua sel anak. Dalam prokariota, pembiakan selalu aseksual, walaupun penggabungan genetik yang luas dalam bentuk pemindahan gen mendatar berlaku, seperti yang akan dijelajahi dalam bab yang lain. Sebilangan besar bakteria mempunyai kromosom bulat tunggal; namun, terdapat beberapa pengecualian. Sebagai contoh, Borrelia burgdorferi, agen penyebab penyakit Lyme, mempunyai kromosom linear.

Pembelahan Perduaan

Mekanisme replikasi sel yang paling biasa dalam bakteria adalah proses yang disebut pembelahan binari, yang digambarkan dalam Rajah ( PageIndex {1} ):. Sebelum membahagi, sel tumbuh dan menambah bilangan komponen selnya. Selanjutnya, replikasi DNA bermula di lokasi pada kromosom bulat yang disebut asal replikasi, di mana kromosom melekat pada membran sel dalam. Replikasi terus berlawanan arah sepanjang kromosom sehingga ujungnya tercapai.

Rajah ( PageIndex {1} ): (a) Mikrograf elektron menggambarkan dua sel Salmonella typhimurium selepas peristiwa pembelahan binari. (b) Pembelahan binari dalam bakteria bermula dengan replikasi DNA ketika sel memanjang. Septum pembelahan terbentuk di tengah sel. Dua sel anak perempuan berukuran sama bentuk dan terpisah, masing-masing menerima salinan kromosom asal. (kredit a: pengubahsuaian kerja oleh Pusat Kawalan dan Pencegahan Penyakit).

Pusat sel yang diperbesar mengekang sehingga dua sel anak perempuan terbentuk, masing-masing keturunan menerima salinan lengkap genom ibu bapa dan pembahagian sitoplasma (sitokinesis). Proses sitokinesis dan pembelahan sel ini diarahkan oleh protein yang disebut FtsZ. FtsZ berkumpul menjadi cincin Z pada membran sitoplasma (Rajah ( PageIndex {2} )). Cincin Z berlabuh oleh protein pengikat FtsZ dan menentukan bidang pembahagian antara dua sel anak perempuan. Protein tambahan yang diperlukan untuk pembelahan sel ditambahkan ke cincin Z untuk membentuk struktur yang disebut divisome. Divome itu mengaktifkan untuk menghasilkan dinding sel peptidoglikan dan membina septum yang membahagi dua sel anak. Sel anak dipisahkan oleh septum pembelahan, di mana semua lapisan luar sel (dinding sel dan membran luar, jika ada) mesti diubah suai untuk menyelesaikan pembelahan. Sebagai contoh, kita tahu bahawa enzim tertentu memutuskan ikatan antara monomer dalam peptidoglikan dan membenarkan penambahan subunit baru di sepanjang septum pembahagian.

Rajah ( PageIndex {2} ): Protein FtsZ berkumpul untuk membentuk cincin Z yang berlabuh pada membran plasma. Cincin Z mencubit sampul sel untuk memisahkan sitoplasma sel baru.

Latihan ( PageIndex {2} )

Apakah nama protein yang bergabung menjadi cincin Z untuk memulakan sitokinesis dan pembelahan sel?

Masa Penjanaan

Dalam organisma eukariotik, masa penjanaan adalah masa antara titik yang sama dari kitaran hidup dalam dua generasi berturut-turut. Contohnya, masa penjanaan khas bagi populasi manusia adalah 25 tahun. Definisi ini tidak praktikal untuk bakteria, yang boleh berkembang biak dengan cepat atau tidak aktif selama ribuan tahun. Dalam prokariota (Bakteria dan Archaea), masa penjanaan juga disebut masa berlipat ganda dan didefinisikan sebagai masa yang diperlukan untuk populasi dua kali ganda melalui satu putaran pembelahan binari. Masa penggandaan bakteria sangat berbeza. Manakala Escherichia coli dapat dua kali ganda dalam masa 20 minit dalam keadaan pertumbuhan yang optimum di makmal, bakteria dari spesies yang sama mungkin memerlukan beberapa hari untuk berlipat ganda di persekitaran yang sangat keras. Sebilangan besar patogen tumbuh dengan cepat, seperti E coli, tetapi ada pengecualian. Sebagai contoh, Mycobacterium tuberculosis, agen penyebab tuberkulosis, mempunyai masa penjanaan antara 15 dan 20 jam. Selain itu, M. leprae, yang menyebabkan penyakit Hansen (kusta), tumbuh dengan lebih perlahan, dengan masa dua kali ganda 14 hari.

MENGHITUNG BILANGAN SEL

Adalah mungkin untuk meramalkan jumlah sel dalam populasi ketika mereka membahagi dengan pembelahan binari pada kadar tetap. Sebagai contoh, pertimbangkan apa yang berlaku jika satu sel membahagi setiap 30 minit selama 24 jam. Rajah dalam Rajah ( PageIndex {3} ) menunjukkan peningkatan bilangan sel untuk tiga generasi pertama.

Bilangan sel meningkat secara eksponen dan dapat dinyatakan sebagai 2n, di mana n adalah bilangan generasi. Sekiranya sel membelah setiap 30 minit, setelah 24 jam, 48 pembahagian akan berlaku. Sekiranya kita menggunakan formula 2n, di mana n sama dengan 48, sel tunggal akan menimbulkan 248 atau 281,474,976,710,656 sel pada 48 generasi (24 jam). Apabila berhadapan dengan sebilangan besar, lebih praktikal menggunakan notasi saintifik. Oleh itu, kami menyatakan bilangan sel sebagai 2.8 × 1014 sel.

Dalam contoh kami, kami menggunakan satu sel sebagai bilangan sel awal. Untuk sebilangan sel permulaan, formula disesuaikan seperti berikut:

[N_n = N_02 ^ n ]

Nn adalah bilangan sel pada mana-mana generasi n, N0 ialah bilangan sel awal, dan n adalah bilangan generasi.

Rajah ( PageIndex {3} ): Sel induk membahagi dan menimbulkan dua sel anak. Setiap sel anak, pada gilirannya, membahagi, memberikan sejumlah empat sel pada generasi kedua dan lapan sel pada generasi ketiga. Setiap bahagian menggandakan bilangan sel.

Latihan ( PageIndex {3} )

Dengan masa penggandaan 30 minit dan ukuran populasi permulaan 1 × 105 sel, berapakah bilangan sel yang akan wujud selepas 2 jam, dengan andaian tidak ada kematian sel?

Keluk Pertumbuhan

Mikroorganisma yang ditanam dalam budaya tertutup (juga dikenal sebagai kultur batch), di mana tidak ada nutrien yang ditambahkan dan kebanyakan sampah tidak dikeluarkan, ikuti corak pertumbuhan yang dapat ditransmisikan yang disebut sebagai lengkung pertumbuhan. Contoh budaya batch di alam adalah kolam di mana sebilangan kecil sel tumbuh di lingkungan tertutup. Ketumpatan kultur ditakrifkan sebagai bilangan sel per unit isi padu. Dalam persekitaran tertutup, kepadatan kultur juga merupakan ukuran jumlah sel dalam populasi. Jangkitan pada tubuh tidak selalu mengikuti kurva pertumbuhan, tetapi korelasi dapat terjadi bergantung pada lokasi dan jenis jangkitan. Apabila jumlah sel hidup diplotkan dengan masa, fasa yang berbeza dapat dilihat dalam lekukan (Gambar ( PageIndex {4} )).

Rajah ( PageIndex {4} ): Keluk pertumbuhan kultur bakteria ditunjukkan oleh logaritma bilangan sel hidup yang digambarkan sebagai fungsi masa. Grafik boleh dibahagikan kepada empat fasa mengikut cerun, yang masing-masing sesuai dengan peristiwa di dalam sel. Empat fasa tersebut adalah lag, log, pegun, dan kematian.

Fasa Lag

Permulaan kurva pertumbuhan mewakili sebilangan kecil sel, disebut sebagai inokulum, yang ditambahkan ke media kultur segar, kaldu pemakanan yang mendukung pertumbuhan. Fasa awal kurva pertumbuhan disebut fasa lag, di mana sel bersiap untuk fasa pertumbuhan berikutnya. Bilangan sel tidak berubah semasa fasa ketinggalan; namun, sel tumbuh lebih besar dan aktif secara metabolik, mensintesis protein yang diperlukan untuk tumbuh dalam medium. Sekiranya ada sel yang rosak atau terkejut semasa pemindahan ke medium baru, pembaikan dilakukan semasa fasa ketinggalan. Tempoh fasa lag ditentukan oleh banyak faktor, termasuk spesies dan genetik sel, komposisi medium, dan ukuran inokulum asal.

Fasa Log

Dalam fasa pertumbuhan logaritmik (log), kadang-kadang disebut fasa pertumbuhan eksponensial, sel-sel secara aktif membahagi dengan pembelahan binari dan bilangannya meningkat secara eksponensial. Untuk spesies bakteria tertentu, masa penjanaan dalam keadaan pertumbuhan tertentu (nutrien, suhu, pH, dan sebagainya) ditentukan secara genetik, dan masa penjanaan ini disebut kadar pertumbuhan intrinsik. Semasa fasa log, hubungan antara masa dan bilangan sel tidak linear tetapi eksponensial; namun, kurva pertumbuhan sering digambarkan pada grafik semilogaritma, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar ( PageIndex {5} ), yang memberikan kemunculan hubungan linear.

Rajah ( PageIndex {5} ): Kedua-dua grafik menggambarkan pertumbuhan populasi semasa fasa log untuk sampel bakteria dengan populasi awal satu sel dan masa penggandaan 1 jam. (a) Ketika diplot pada skala aritmetik, kadar pertumbuhannya menyerupai lengkung. (b) Apabila diplotkan pada skala semilogaritma (bermaksud nilai pada paksi-y adalah logaritmik), kadar pertumbuhannya kelihatan linear.

Sel dalam fasa log menunjukkan kadar pertumbuhan berterusan dan aktiviti metabolik yang seragam. Atas sebab ini, sel dalam fasa log lebih disukai digunakan untuk aplikasi industri dan kerja penyelidikan. Fasa log juga merupakan tahap di mana bakteria paling rentan terhadap tindakan desinfektan dan antibiotik biasa yang mempengaruhi protein, DNA, dan sintesis dinding sel.

Fasa pegun

Apabila bilangan sel meningkat melalui fasa log, beberapa faktor menyumbang kepada kelambatan kadar pertumbuhan. Produk buangan terkumpul dan nutrien habis digunakan secara beransur-ansur. Di samping itu, penipisan oksigen secara beransur-ansur mula membatasi pertumbuhan sel aerobik. Gabungan keadaan yang tidak baik ini melambatkan dan akhirnya menghentikan pertumbuhan penduduk. Jumlah sel hidup mencapai dataran tinggi yang disebut sebagai fasa pegun (Gambar ( PageIndex {4} )). Pada fasa ini, jumlah sel baru yang dibuat oleh pembelahan sel kini bersamaan dengan jumlah sel yang mati; dengan demikian, jumlah populasi sel hidup agak stagnan. Ketumpatan budaya dalam budaya pegun tetap. Daya tahan budaya, atau kepadatan budaya maksimum, bergantung pada jenis mikroorganisma dalam budaya dan keadaan spesifik budaya; namun daya tahan tetap bagi organisma tertentu yang tumbuh dalam keadaan yang sama.

Semasa fasa pegun, sel beralih ke kaedah metabolisme bertahan. Seiring pertumbuhannya perlahan, begitu juga sintesis peptidoglikan, protein, dan asid nukleik; oleh itu, kultur pegun kurang rentan terhadap antibiotik yang mengganggu proses ini. Pada bakteria yang mampu menghasilkan endospora, banyak sel mengalami sporulasi semasa fasa pegun. Metabolit sekunder, termasuk antibiotik, disintesis dalam fasa pegun. Pada bakteria patogen tertentu, fasa pegun juga dikaitkan dengan ekspresi faktor virulensi, produk yang menyumbang kepada kemampuan mikroba untuk bertahan, membiak, dan menyebabkan penyakit pada organisma tuan rumah. Contohnya, penginderaan kuorum di Staphylococcus aureus memulakan pengeluaran enzim yang dapat memecah tisu manusia dan serpihan selular, membersihkan jalan untuk bakteria menyebar ke tisu baru di mana nutrien lebih banyak.

Fasa Kematian

Sebagai medium kultur mengumpulkan sisa toksik dan nutrien habis, sel mati dalam jumlah yang lebih banyak dan lebih banyak. Tidak lama kemudian, jumlah sel yang mati melebihi jumlah sel yang membahagi, menyebabkan penurunan jumlah sel secara eksponensial (Gambar ( PageIndex {4} )). Ini adalah fasa kematian yang tepat disebut, kadang-kadang disebut fasa penurunan. Banyak sel mencairkan dan membebaskan nutrien ke dalam medium, membolehkan sel yang masih hidup mengekalkan daya maju dan membentuk endospora. Beberapa sel, yang disebut tetap, dicirikan oleh kadar metabolisme yang perlahan. Sel persister penting dari segi perubatan kerana berkaitan dengan jangkitan kronik tertentu, seperti tuberkulosis, yang tidak bertindak balas terhadap rawatan antibiotik.

Mempertahankan Pertumbuhan Mikrob

Corak pertumbuhan yang ditunjukkan dalam Rajah ( PageIndex {4} ) berlaku dalam persekitaran tertutup; nutrien tidak ditambah dan sisa dan sel mati tidak dikeluarkan. Namun, dalam banyak kes, adalah bermanfaat untuk mengekalkan sel dalam fasa pertumbuhan logaritma. Salah satu contohnya ialah dalam industri yang menuai produk mikroba. Chemostat (Rajah ( PageIndex {6} )) digunakan untuk mengekalkan budaya berterusan di mana nutrien dibekalkan pada kadar yang stabil. Sejumlah udara terkawal dicampurkan untuk proses aerobik. Suspensi bakteria dikeluarkan pada kadar yang sama dengan nutrien mengalir untuk mengekalkan persekitaran pertumbuhan yang optimum.

Rajah ( PageIndex {6} ): Chemostat adalah kapal kultur yang dilengkapi dengan bukaan untuk menambah nutrien (makanan) dan saluran untuk membuang kandungan (efluen), dengan berkesan mencairkan sisa toksik dan sel mati. Penambahan dan penyingkiran cecair disesuaikan untuk mengekalkan kultur dalam fasa pertumbuhan logaritma. Sekiranya bakteria aerobik ditanam, tahap oksigen yang sesuai dijaga.

Latihan ( PageIndex {4} )

  1. Pada fasa manakah pertumbuhan berlaku pada kadar terpantas?
  2. Namakan dua faktor yang membatasi pertumbuhan mikrob.

Pengukuran Pertumbuhan Bakteria

Menganggarkan jumlah sel bakteria dalam sampel, yang dikenali sebagai kiraan bakteria, adalah tugas biasa yang dilakukan oleh ahli mikrobiologi. Jumlah bakteria dalam sampel klinikal berfungsi sebagai petunjuk sejauh mana jangkitan. Kawalan kualiti air minum, makanan, ubat-ubatan, dan juga kosmetik bergantung pada perkiraan jumlah bakteria untuk mengesan pencemaran dan mencegah penyebaran penyakit. Dua pendekatan utama digunakan untuk mengukur bilangan sel. Kaedah langsung melibatkan pengiraan sel, sedangkan kaedah tidak langsung bergantung pada pengukuran kehadiran atau aktiviti sel tanpa benar-benar mengira sel individu. Kedua-dua kaedah langsung dan tidak langsung mempunyai kelebihan dan kekurangan untuk aplikasi tertentu.

Kiraan Sel Langsung

Kiraan sel langsung merujuk kepada pengiraan sel dalam kultur cecair atau koloni di atas pinggan. Ini adalah kaedah langsung untuk menganggarkan berapa banyak organisma yang terdapat dalam sampel. Mari kita lihat dahulu kaedah ringkas dan pantas yang hanya memerlukan slaid khusus dan mikroskop kompaun.

Cara paling mudah untuk menghitung bakteria disebut kiraan sel mikroskopik langsung, yang melibatkan pemindahan kultur volume yang diketahui ke slaid yang dikalibrasi dan menghitung sel di bawah mikroskop cahaya. Slaid yang dikalibrasi disebut ruang Petroff-Hausser (Gambar ( PageIndex {7} )) dan serupa dengan hemositometer yang digunakan untuk mengira sel darah merah. Kawasan tengah ruang penghitungan terukir menjadi kotak dengan pelbagai ukuran. Sampel suspensi kultur ditambahkan ke ruang di bawah penutup yang diletakkan pada ketinggian tertentu dari permukaan grid. Adalah mungkin untuk mengira kepekatan sel dalam sampel asal dengan menghitung sel individu dalam sebilangan kotak dan menentukan isi padu sampel yang diperhatikan. Luas kotak dan ketinggian tempat penutup penutup ditentukan untuk ruang. Kepekatan mesti diperbetulkan untuk pencairan jika sampel dicairkan sebelum penghitungan.

Rajah ( PageIndex {7} ): (a) Ruang Petroff-Hausser adalah slaid khas yang direka untuk menghitung sel bakteria dalam isipadu sampel yang diukur. Grid terukir pada slaid untuk memudahkan ketepatan dalam mengira. (b) Gambar rajah ini menggambarkan grid ruang Petroff-Hausser, yang terdiri dari kotak kawasan yang diketahui. Pandangan yang diperbesar menunjukkan segi empat di mana bakteria (sel merah) dikira. Sekiranya penutup penutup 0.2 mm di atas grid dan segi empat sama mempunyai luas 0.04 mm2, maka isipadu 0,008 mm3, atau 0.000008 mL. Oleh kerana terdapat 10 sel di dalam alun-alun, kepadatan bakteria adalah 10 sel / 0,000008 mL, yang setara dengan 1,250,000 sel / mL. (kredit a: pengubahsuaian kerja oleh Jeffrey M. Vinocur)

Sel dalam beberapa kotak kecil mesti dihitung dan purata diambil untuk mendapatkan ukuran yang boleh dipercayai. Kelebihan ruang adalah kaedahnya mudah digunakan, relatif cepat, dan murah. Pada sisi negatifnya, ruang pengiraan tidak berfungsi dengan baik dengan kultur cair kerana mungkin tidak ada cukup sel untuk dikira.

Menggunakan ruang penghitungan tidak semestinya menghasilkan kiraan tepat jumlah sel hidup kerana selalunya tidak mungkin membezakan antara sel hidup, sel mati, dan serpihan dengan ukuran yang sama di bawah mikroskop. Walau bagaimanapun, teknik pewarnaan pendarfluor yang baru dikembangkan memungkinkan untuk membezakan bakteria yang hidup dan mati. Noda daya maju ini (atau noda hidup) mengikat pada asid nukleik, tetapi noda primer dan sekunder berbeza dalam kemampuannya melintasi membran sitoplasma. Noda primer, yang berpendar hijau, dapat menembusi membran sitoplasma yang utuh, mengotorkan sel hidup dan mati. Noda sekunder, yang berpendar merah, dapat mengotorkan sel hanya jika membran sitoplasma mengalami kerosakan yang teruk. Oleh itu, sel hidup berpendar hijau kerana hanya menyerap noda hijau, sedangkan sel mati kelihatan merah kerana noda merah menggantikan noda hijau pada asid nukleiknya (Gambar ( PageIndex {8} )).

Rajah ( PageIndex {8} ): Pewarnaan pendarfluor dapat digunakan untuk membezakan antara sel bakteria yang hidup dan mati dalam sampel untuk tujuan penghitungan. Sel yang hidup berwarna hijau, sementara sel mati berwarna merah. (kredit: pengubahsuaian karya oleh Panseri S, Cunha C, D'Alessandro T, Sandri M, Giavaresi G, Maracci M, Hung CT, Tampieri A)

Teknik lain menggunakan alat penghitung sel elektronik (Coulter counter) untuk mengesan dan mengira perubahan rintangan elektrik dalam larutan garam. Tiub kaca dengan bukaan kecil direndam dalam larutan elektrolit. Elektrod pertama digantung di tiub kaca. Elektrod kedua terletak di luar tiub. Oleh kerana sel-sel ditarik melalui bukaan kecil di dalam tiub kaca, sel-sel tersebut secara ringkas mengubah rintangan yang diukur antara dua elektrod dan perubahannya direkodkan oleh sensor elektronik (Gambar ( PageIndex {9} )); setiap perubahan rintangan mewakili sel. Kaedahnya cepat dan tepat dalam pelbagai kepekatan; namun, jika kultur terlalu pekat, lebih dari satu sel dapat melewati bukaan pada waktu tertentu dan tidak menentu hasilnya. Kaedah ini juga tidak membezakan antara sel hidup dan mati.

Kiraan langsung memberikan anggaran jumlah sel dalam sampel. Walau bagaimanapun, dalam banyak keadaan, penting untuk mengetahui bilangan sel yang masih hidup atau yang boleh dilaksanakan. Jumlah sel hidup diperlukan ketika menilai sejauh mana jangkitan, keberkesanan sebatian dan ubat antimikroba, atau pencemaran makanan dan air.

Rajah ( PageIndex {9} ): Kaunter Coulter adalah alat elektronik yang mengira sel. Ini mengukur perubahan rintangan dalam larutan elektrolit yang berlaku ketika sel melewati bukaan kecil di dinding bekas. Pengesan secara automatik mengira jumlah sel yang melalui bukaan. (kredit b: pengubahsuaian kerja oleh Institut Kesihatan Nasional)

Latihan ( PageIndex {5} )

  1. Mengapa anda mengira bilangan sel di lebih daripada satu petak di ruang Petroff-Hausser untuk menganggarkan bilangan sel?
  2. Dalam kaedah pewarnaan daya maju, mengapa sel mati kelihatan merah?

Kiraan Plat

Kiraan plat yang berdaya maju, atau sekadar bilangan plat, adalah jumlah sel yang hidup atau hidup. Ini didasarkan pada prinsip bahawa sel-sel yang layak dapat meniru dan menimbulkan koloni yang dapat dilihat ketika diinkubasi dalam keadaan yang sesuai untuk spesimen. Hasilnya biasanya dinyatakan sebagai unit pembentuk koloni per mililiter (CFU / mL) dan bukannya sel per mililiter kerana lebih dari satu sel mungkin mendarat di tempat yang sama untuk menimbulkan satu koloni. Selanjutnya, sampel bakteria yang tumbuh dalam kelompok atau rantai sukar disebarkan dan satu koloni boleh mewakili beberapa sel. Beberapa sel digambarkan sebagai berdaya maju tetapi tidak dapat dikultur dan tidak akan membentuk koloni pada media pepejal. Atas semua sebab ini, jumlah plat yang layak dianggap sebagai anggaran rendah jumlah sebenar sel hidup. Batasan ini tidak mengurangkan kegunaan kaedah, yang memberikan anggaran bilangan bakteria hidup.

Ahli mikrobiologi biasanya mengira plat dengan 30-300 koloni. Sampel dengan koloni yang terlalu sedikit (<30) tidak memberikan nombor yang boleh dipercayai secara statistik, dan plat yang terlalu padat (> 300 koloni) menyukarkan penghitungan koloni individu dengan tepat. Juga, jumlah dalam julat ini meminimumkan kejadian lebih dari satu sel bakteria yang membentuk satu koloni. Oleh itu, CFU yang dikira lebih dekat dengan jumlah sebenar bakteria hidup dalam populasi.

Terdapat dua pendekatan umum untuk menyuntikkan piring untuk pengiraan yang tepat: plat tuang dan kaedah plat penyebaran. Walaupun prosedur inokulasi terakhir berbeza antara kedua kaedah ini, kedua-duanya bermula dengan pengenceran bersiri budaya.

Pencairan Serial

Pengenceran bersiri budaya adalah langkah pertama yang penting sebelum meneruskan kaedah piring tuang atau piring penyebaran. Tujuan proses pencairan bersiri adalah mendapatkan plat dengan CFU dalam lingkungan 30–300, dan prosesnya biasanya melibatkan beberapa pencairan dalam gandaan 10 untuk mempermudah pengiraan. Jumlah pengenceran bersiri dipilih mengikut anggaran awal kepadatan kultur. Rajah ( PageIndex {10} ) menggambarkan kaedah pencairan bersiri.

Rajah ( PageIndex {10} ): Pencairan bersiri melibatkan pencairan isi padu sel yang dicampur dengan larutan pencairan menggunakan pencairan sebelumnya sebagai inokulum. Hasilnya adalah pencairan budaya asal oleh faktor pertumbuhan yang berkembang pesat. (kredit: pengubahsuaian karya oleh "Leberechtc" / Wikimedia Commons)

Isi padu kultur asli, 1.0 mL, ditambahkan dan dicampurkan dengan teliti dengan larutan tabung pencairan pertama, yang mengandungi 9.0 mL kaldu steril. Langkah ini menunjukkan faktor pencairan 10, atau 1:10, dibandingkan dengan budaya asal. Dari pencairan pertama ini, isipadu yang sama, 1.0 mL, ditarik dan dicampurkan dengan tiub segar larutan pencairan 9.0 mL. Faktor pencairan sekarang 1: 100 berbanding dengan budaya asal. Proses ini berterusan sehingga satu siri pencairan dihasilkan yang akan meningkatkan kepekatan sel yang diinginkan untuk pengiraan yang tepat. Dari setiap tabung, sampel dilapisi pada medium padat menggunakan kaedah pelat tuang (Gambar ( PageIndex {11} )) atau kaedah plat penyebaran (Gambar ( PageIndex {12} )). Plat diinkubasi sehingga koloni muncul. Dua hingga tiga plat biasanya disediakan dari setiap pencairan dan bilangan koloni yang dikira pada setiap plat rata-rata. Dalam semua kes, pencampuran sampel yang teliti dengan media pengenceran (untuk memastikan taburan sel di dalam tiub adalah rawak) sangat penting untuk mendapatkan hasil yang dapat dipercayai.

Rajah ( PageIndex {11} ): Dalam kaedah lempeng tuang penghitungan sel, sampel dicampurkan dalam agar-agar hangat cair (45-50 ° C) dituangkan ke dalam piring Petri yang steril dan selanjutnya dicampurkan dengan berpusing. Proses ini diulang untuk setiap pencairan bersiri yang disediakan. Koloni yang dihasilkan dihitung dan memberikan anggaran jumlah sel dalam isi padu asal.

Faktor pencairan digunakan untuk mengira bilangan sel dalam kultur sel asal. Dalam contoh kita, rata-rata 50 koloni dihitung pada plat yang diperoleh dari pencairan 1: 10,000. Kerana hanya 0.1 mL penggantungan disalurkan pada plat, pengganda yang diperlukan untuk menyusun semula kepekatan asalnya adalah 10 × 10,000. Bilangan CFU per mL sama dengan 50 × 100 × 10,000 = 5,000,000. Jumlah bakteria dalam kultur dianggarkan 5 juta sel / mL. Kiraan koloni yang diperoleh dari pencairan 1: 1000 adalah 389, jauh di bawah jangkaan 500 untuk perbezaan pencairan 10 kali ganda. Ini menyoroti masalah ketidaktepatan apabila jumlah koloni lebih besar daripada 300 dan lebih daripada satu sel bakteria tumbuh menjadi satu koloni.

Rajah ( PageIndex {12} ): Dalam kaedah plat penyebaran sel, sampel dituangkan ke agar keras dan kemudian disebarkan menggunakan penyebar steril. Koloni yang dihasilkan dihitung dan memberikan anggaran jumlah sel dalam sampel isipadu asal.

Contoh yang sangat cair — misalnya air minum — mungkin tidak mengandungi cukup organisma untuk menggunakan salah satu kaedah kiraan plat yang dijelaskan. Dalam kes sedemikian, sampel asal mesti dipusatkan dan bukannya dicairkan sebelum penyaduran. Ini dapat dicapai dengan menggunakan modifikasi teknik pengiraan plat yang disebut teknik penyaringan membran. Isipadu yang diketahui disaring secara vakum secara aseptik melalui membran dengan ukuran pori yang cukup kecil untuk memerangkap mikroorganisma. Membran dipindahkan ke plat Petri yang mengandungi media pertumbuhan yang sesuai. Koloni dikira selepas pengeraman. Pengiraan kepadatan sel dibuat dengan membahagikan kiraan sel dengan isipadu cecair yang ditapis.

Tonton video ini untuk demonstrasi pencairan siri dan teknik plat penyebaran.

Nombor Paling Berkemungkinan

Bilangan mikroorganisma dalam sampel cair biasanya terlalu rendah untuk dikesan dengan kaedah kiraan plat yang dijelaskan setakat ini. Untuk spesimen ini, ahli mikrobiologi secara rutin menggunakan kaedah nombor yang paling mungkin (MPN), prosedur statistik untuk menganggarkan jumlah mikroorganisma yang dapat dilaksanakan dalam sampel. Selalunya digunakan untuk sampel air dan makanan, kaedah MPN menilai pertumbuhan yang dapat dikesan dengan memerhatikan perubahan kekeruhan atau warna akibat aktiviti metabolik.

Aplikasi khas kaedah MPN adalah perkiraan jumlah koliform dalam sampel air kolam. Coliform adalah bakteria batang negatif gram yang memfermentasi laktosa. Kehadiran koliform di dalam air dianggap sebagai tanda pencemaran oleh kotoran. Untuk kaedah yang digambarkan dalam Rajah ( PageIndex {13} ), satu siri tiga pengenceran sampel air diuji dengan menyuntikkan lima tiub kaldu laktosa dengan 10 mL sampel, lima tabung kaldu laktosa dengan 1 mL sampel, dan lima tiub kaldu laktosa dengan 0.1 mL sampel. Tabung kaldu laktosa mengandungi penunjuk pH yang berubah warna dari merah menjadi kuning ketika laktosa diperam. Setelah inokulasi dan inkubasi, tabung diperiksa untuk menunjukkan pertumbuhan koliform oleh perubahan warna media dari merah ke kuning. Kumpulan tiub pertama (sampel 10 mL) menunjukkan pertumbuhan di semua tiub; kumpulan tiub kedua (1 mL) menunjukkan pertumbuhan dalam dua tiub daripada lima; pada kumpulan tiub ketiga, tidak ada pertumbuhan yang diperhatikan pada mana-mana tiub (pencairan 0.1-mL). Nombor 5, 2, dan 0 dibandingkan dengan Gambar B1 di Lampiran B, yang telah dibangun menggunakan model kebarangkalian prosedur persampelan. Dari pembacaan jadual kami, kami menyimpulkan bahawa 49 adalah bilangan bakteria yang paling mungkin setiap 100 mL air kolam.

Rajah ( PageIndex {13} ): Dalam kaedah nombor yang paling mungkin, set lima tabung kaldu laktosa diinokulasi dengan tiga isi air kolam yang berbeza: 10 mL, 1 mL, dan 0.1 mL. Pertumbuhan bakteria dinilai melalui perubahan warna kaldu dari merah ke kuning ketika laktosa ditapai.

Latihan ( PageIndex {6} )

  1. Apakah unit pembentuk koloni?
  2. Dua kaedah apa yang sering digunakan untuk menganggarkan bilangan bakteria dalam sampel air?

Kiraan Sel Tidak Langsung

Selain kaedah langsung menghitung sel, kaedah lain, berdasarkan pengesanan kepadatan sel secara tidak langsung, biasanya digunakan untuk memperkirakan dan membandingkan kepadatan sel dalam suatu kultur. Pendekatan terpenting adalah untuk mengukur kekeruhan (keruh) sampel bakteria dalam suspensi cair. Instrumen makmal yang digunakan untuk mengukur kekeruhan disebut spektrofotometer (Rajah ( PageIndex {14} )). Dalam spektrofotometer, sinar dipancarkan melalui suspensi bakteria, cahaya yang melewati suspensi diukur oleh pengesan, dan jumlah cahaya yang melewati sampel dan mencapai pengesan diubah menjadi transmisi peratus atau nilai logaritmik yang disebut serapan (ketumpatan optik). Apabila bilangan bakteria dalam suspensi meningkat, kekeruhan juga meningkat dan menyebabkan cahaya kurang sampai ke pengesan. Penurunan cahaya yang melewati sampel dan mencapai detektor dikaitkan dengan penurunan transmisi persen dan peningkatan penyerapan yang diukur oleh spektrofotometer.

Mengukur kekeruhan adalah kaedah pantas untuk mengira ketumpatan sel selagi terdapat cukup sel dalam sampel untuk menghasilkan kekeruhan. Adalah mungkin untuk mengaitkan pembacaan kekeruhan dengan jumlah sel yang sebenarnya dengan melakukan jumlah plat yang sesuai dari sampel yang diambil dari kultur yang mempunyai rangkaian nilai serapan. Dengan menggunakan nilai-nilai ini, kurva penentukuran dihasilkan dengan merancang kekeruhan sebagai fungsi kepadatan sel. Setelah keluk penentukuran dihasilkan, ia dapat digunakan untuk mengira jumlah sel untuk semua sampel yang diperoleh atau dikultur dalam keadaan yang serupa dan dengan kepadatan dalam julat nilai yang digunakan untuk membina lengkung tersebut.

Rajah ( PageIndex {14} ): (a) Spektrofotometer biasanya digunakan untuk mengukur kekeruhan suspensi sel bakteria sebagai ukuran tidak langsung kepadatan sel. (b) Spektrofotometer berfungsi dengan memisahkan cahaya putih dari sumber menjadi spektrum. Spektrofotometer membolehkan pilihan panjang gelombang cahaya untuk digunakan untuk pengukuran. Ketumpatan optik (kekeruhan) sampel akan bergantung pada panjang gelombang, jadi setelah satu panjang gelombang dipilih, ia mesti digunakan secara konsisten. Cahaya yang ditapis melewati sampel (atau alat kawalan dengan hanya media) dan intensiti cahaya diukur oleh pengesan. Cahaya yang masuk ke dalam suspensi bakteria tersebar oleh sel sedemikian rupa sehingga sebagian pecahannya tidak sampai ke pengesan. Penyerakan ini berlaku pada tahap yang lebih rendah dalam tabung kawalan dengan hanya medium. (kredit a: pengubahsuaian kerja oleh Hwang HS, Kim MS; kredit b "gambar tabung uji": pengubahsuaian karya oleh Suzanne Wakim)

Mengukur berat kering sampel kultur adalah kaedah tidak langsung lain untuk menilai ketumpatan kultur tanpa secara langsung mengukur jumlah sel. Suspensi sel yang digunakan untuk menimbang mesti dipusatkan dengan penyaringan atau sentrifugasi, dicuci, dan kemudian dikeringkan sebelum pengukuran diambil. Tahap pengeringan mesti diseragamkan untuk mengambil kira kandungan air yang tinggal. Kaedah ini sangat berguna untuk mikroorganisma filamen, yang sukar dihitung dengan jumlah plat langsung atau layak.

Seperti yang telah kita lihat, kaedah untuk mengira bilangan sel yang berdaya maju memerlukan banyak tenaga kerja dan memerlukan masa kerana sel mesti tumbuh. Baru-baru ini, kaedah tidak langsung mengukur sel hidup telah dikembangkan yang cepat dan mudah dilaksanakan. Kaedah ini mengukur aktiviti sel dengan mengikuti pengeluaran produk metabolik atau hilangnya reaktan. Pembentukan adenosin trifosfat (ATP), biosintesis protein dan asid nukleik, dan penggunaan oksigen semuanya dapat dipantau untuk memperkirakan jumlah sel.

Latihan ( PageIndex {7} )

  1. Apakah tujuan kurva penentukuran ketika mengira jumlah sel dari pengukuran kekeruhan?
  2. Apakah kaedah tidak langsung yang baru untuk mengira sel hidup?

Pola Alternatif Pembahagian Sel

Pembelahan binari adalah corak pembahagian sel yang paling biasa di prokariota, tetapi bukan satu-satunya. Mekanisme lain biasanya melibatkan pembelahan asimetris (seperti pada pemula) atau pengeluaran spora dalam filamen udara.

Di beberapa cyanobacteria, banyak nukleoid terkumpul di dalam sel bulat yang diperbesar atau di sepanjang filamen, yang membawa kepada penghasilan banyak sel baru sekaligus. Sel baru sering berpisah dari filamen induk dan melayang dalam proses yang disebut fragmentasi (Gambar ( PageIndex {15} )). Fragmentasi biasanya diamati pada Actinomycetes, sekumpulan bakteria anaerobik gram-positif yang biasanya terdapat di dalam tanah. Contoh lain mengenai pembahagian sel di prokariota, yang mengingatkan kelahiran hidup pada haiwan, ditunjukkan oleh bakteria gergasi Epulopiscium. Beberapa sel anak tumbuh sepenuhnya di sel induk, yang akhirnya hancur, melepaskan sel baru ke persekitaran. Spesies lain boleh membentuk pemanjangan sempit panjang pada satu tiang dalam proses yang disebut pemula. Hujung peluasan membengkak dan membentuk sel yang lebih kecil, tunas yang akhirnya terlepas dari sel induk. Pemakanan paling kerap berlaku pada ragi (Gambar ( PageIndex {15} )), tetapi ia juga diperhatikan pada bakteria prostetik dan beberapa sianobakteria.

Rajah ( PageIndex {15} ): (a) Sianobakteria filamen, seperti yang digambarkan di sini, ditiru oleh pemecahan. (b) Dalam mikrograf elektron ini, sel-sel bakteria Gemmata obscuriglobus sedang berkembang. Sel yang lebih besar adalah sel induk. Label menunjukkan nukleoid (N) dan sampul nuklear yang masih terbentuk (NE) sel anak. (kredit a: pengubahsuaian kerja oleh CSIRO; kredit b: pengubahsuaian kerja oleh Kuo-Chang Lee, Rick I Webb dan John A Fuerst)

Bakteria tanah Actinomyces tumbuh dalam filamen panjang yang dibahagi dengan septa, serupa dengan miselium yang dilihat pada kulat, mengakibatkan sel panjang dengan banyak nukleoid. Isyarat persekitaran, mungkin berkaitan dengan ketersediaan nutrien yang rendah, menyebabkan pembentukan filamen udara. Dalam filamen udara ini, sel memanjang terbahagi secara serentak. Sel-sel baru, yang mengandungi nukleoid tunggal, berkembang menjadi spora yang menimbulkan koloni baru.

Latihan ( PageIndex {8} )

Kenali sekurang-kurangnya satu perbezaan antara pemecahan dan pemula.

Biofilm

Secara semula jadi, mikroorganisma tumbuh terutamanya dalam biofilm, ekosistem kompleks dan dinamik yang terbentuk di berbagai permukaan persekitaran, dari saluran industri dan saluran paip air hingga batu di dasar sungai. Biofilm tidak terhad kepada substrat permukaan pepejal. Hampir semua permukaan di persekitaran cair yang mengandungi beberapa nutrien minimum akhirnya akan mengembangkan biofilm. Tikar mikroba yang terapung di atas air, misalnya, adalah biofilm yang mengandungi populasi mikroorganisma fotosintetik yang banyak. Biofilm yang terdapat di dalam mulut manusia mungkin mengandungi beratus-ratus spesies bakteria. Tidak kira persekitaran di mana ia berlaku, biofilem bukanlah koleksi mikroorganisma secara rawak; sebaliknya, mereka adalah komuniti yang sangat tersusun yang memberikan kelebihan selektif kepada mikroorganisma penyusunnya.

Struktur Biofilm

Pemerhatian menggunakan mikroskopi confocal telah menunjukkan bahawa keadaan persekitaran mempengaruhi keseluruhan struktur biofilm. Biofilm filamen yang disebut streamers terbentuk dalam air yang mengalir dengan cepat, seperti aliran air tawar, eddies, dan sel aliran makmal yang direka khas yang meniru keadaan pertumbuhan dalam cecair yang bergerak pantas. Pita ditambat ke substrat dengan "kepala" dan "ekor" melayang ke hilir pada arus. Di dalam air yang masih bergerak atau perlahan, biofilm terutama mempunyai bentuk seperti jamur. Struktur biofilm juga boleh berubah dengan keadaan persekitaran lain seperti ketersediaan nutrien.

Pemerhatian terperinci mengenai biofilm di bawah laser confocal dan mikroskop elektron pengimbasan menunjukkan kumpulan mikroorganisma yang tertanam dalam matriks yang diselingi dengan saluran air terbuka. Matriks ekstraselular terdiri daripada bahan polimer ekstraselular (EPS) yang dirembeskan oleh organisma dalam biofilm. Matriks ekstraselular mewakili sebahagian besar biofilm, merangkumi 50% -90% dari keseluruhan jisim kering. Sifat EPS berbeza mengikut organisma penduduk dan keadaan persekitaran.

EPS adalah gel terhidrat yang terdiri terutamanya dari polisakarida dan mengandungi makromolekul lain seperti protein, asid nukleik, dan lipid. Ini memainkan peranan penting dalam menjaga integriti dan fungsi biofilm. Saluran di EPS membolehkan pergerakan nutrien, sisa, dan gas di seluruh biofilm. Ini menjadikan sel-sel sentiasa terhidrat, mencegah kekeringan. EPS juga melindungi organisma dalam biofilm daripada pemangsa oleh mikroba atau sel lain (contohnya, protozoa, sel darah putih dalam tubuh manusia).

Pembentukan Biofilm

Sel mikroba terapung bebas yang hidup di persekitaran akuatik disebut sel planktonik. Pembentukan biofilm pada dasarnya melibatkan penyambungan sel planktonik ke substrat, di mana mereka menjadi sessile (melekat pada permukaan). Ini berlaku secara berperingkat, seperti yang digambarkan dalam Rajah ( PageIndex {16} ). Tahap pertama melibatkan penyambungan sel planktonik ke permukaan yang dilapisi dengan filem pelindung bahan organik.Pada titik ini, pelekatan pada substrat dapat diterbalikkan, tetapi ketika sel mengekspresikan fenotip baru yang memudahkan pembentukan EPS, mereka beralih dari gaya hidup planktonik ke gaya hidup yang tidak dapat dilupakan. Biofilm mengembangkan struktur ciri, termasuk saluran matriks dan air yang luas. Lampiran seperti fimbriae, pili, dan flagella berinteraksi dengan EPS, dan mikroskopi dan analisis genetik menunjukkan bahawa struktur sedemikian diperlukan untuk pembentukan biofilm yang matang. Pada peringkat terakhir kitaran hidup biofilm, sel-sel di pinggiran biofilm kembali ke gaya hidup planktonik, melepaskan biofilm yang matang untuk menjajah laman web baru. Tahap ini disebut sebagai penyebaran.

Rajah ( PageIndex {16} ): Tahap dalam pembentukan dan kitaran hidup biofilm. (kredit: pengubahsuaian kerja oleh Perpustakaan Awam Sains dan Persatuan Amerika untuk Mikrobiologi)

Dalam biofilm, spesies mikroorganisma yang berlainan menjalin kerjasama metabolik di mana produk sisa satu organisma menjadi nutrien bagi yang lain. Sebagai contoh, mikroorganisma aerobik mengambil oksigen, mewujudkan kawasan anaerob yang mendorong pertumbuhan anaerob. Ini berlaku pada banyak jangkitan polimikrob yang melibatkan patogen aerobik dan anaerobik.

Mekanisme di mana sel-sel dalam biofilm mengkoordinasikan kegiatan mereka sebagai tindak balas terhadap rangsangan persekitaran disebut penginderaan korum. Penginderaan kuorum — yang dapat terjadi di antara sel-sel dari spesies yang berlainan dalam biofilm — memungkinkan mikroorganisma mengesan ketumpatan sel mereka melalui pembebasan dan pengikatan molekul kecil yang dapat disebarkan yang disebut autoinducer. Apabila populasi sel mencapai ambang kritikal (korum), autoinducer ini memulakan aliran reaksi yang mengaktifkan gen yang berkaitan dengan fungsi sel yang hanya bermanfaat apabila populasi mencapai kepadatan kritikal. Sebagai contoh, dalam beberapa patogen, sintesis faktor virulensi hanya bermula apabila terdapat cukup sel untuk mengatasi pertahanan kekebalan tuan rumah. Walaupun kebanyakannya dikaji dalam populasi bakteria, penginderaan kuorum berlaku antara bakteria dan eukariota dan antara sel eukariotik seperti jamur Candida albicans, anggota mikrobiota manusia yang biasa yang boleh menyebabkan jangkitan pada individu yang mengalami masalah imun.

Molekul isyarat dalam penginderaan kuorum tergolong dalam dua kelas utama. Bakteria gram negatif berkomunikasi terutamanya menggunakan lakton homoserin N-asilasi, sedangkan bakteria gram positif kebanyakannya menggunakan peptida kecil (Rajah ( PageIndex {17} )). Dalam semua kes, langkah pertama dalam penginderaan kuorum terdiri daripada pengikatan autoinducer ke reseptor spesifiknya hanya apabila tahap kepekatan molekul isyarat dicapai. Setelah mengikat reseptor berlaku, lata peristiwa isyarat membawa kepada perubahan ekspresi gen. Hasilnya adalah pengaktifan tindak balas biologi yang berkaitan dengan penginderaan korum, terutama peningkatan produksi molekul isyarat itu sendiri, oleh itu istilah autoinducer.

Rajah ( PageIndex {17} ): Peptida pendek dalam bakteria gram positif dan lakton homoserin N-asetilat dalam bakteria gram negatif bertindak sebagai autoinducer dalam penginderaan korum dan menengahi tindak balas sel bakteria yang terkoordinasi. Rantai sisi R dari N-asetilated homoserine lactone adalah khusus untuk spesies bakteria gram-negatif. Beberapa lakton homoserin yang dirembes dikenali oleh lebih daripada satu spesies.

Biofilm dan Kesihatan Manusia

Tubuh manusia menyimpan banyak jenis biofilm, ada yang bermanfaat dan ada yang berbahaya. Sebagai contoh, lapisan mikrobiota normal yang melapisi mukosa usus dan pernafasan berperanan menangkal jangkitan oleh patogen. Walau bagaimanapun, biofilm lain dalam badan boleh memberi kesan buruk kepada kesihatan. Sebagai contoh, plak yang terbentuk pada gigi adalah biofilm yang boleh menyumbang kepada penyakit gigi dan periodontal. Biofilm juga boleh terbentuk pada luka, kadang-kadang menyebabkan jangkitan serius yang dapat merebak. Bakteria Pseudomonas aeruginosa sering menjajah biofilm di saluran udara pesakit dengan fibrosis kistik, menyebabkan jangkitan paru-paru kronik dan kadang-kadang membawa maut. Biofilm juga boleh terbentuk pada alat perubatan yang digunakan di dalam atau di badan, menyebabkan jangkitan pada pesakit dengan kateter yang tinggal, sendi buatan, atau lensa kontak.

Patogen yang tertanam di dalam biofilem menunjukkan daya tahan yang lebih tinggi terhadap antibiotik daripada rakan-rakan mereka yang terapung bebas. Beberapa hipotesis telah dikemukakan untuk menjelaskan mengapa. Sel di lapisan dalam biofilm secara metabolik tidak aktif dan mungkin kurang rentan terhadap tindakan antibiotik yang mengganggu aktiviti metabolik. EPS juga dapat memperlambat penyebaran antibiotik dan antiseptik, menghalangnya daripada mencapai sel di lapisan biofilm yang lebih dalam. Perubahan fenotipik juga dapat menyumbang kepada peningkatan daya tahan yang ditunjukkan oleh sel bakteria dalam biofilm. Sebagai contoh, peningkatan pengeluaran pam efflux, protein yang membran membran yang secara aktif mengeluarkan antibiotik dari sel bakteria, telah terbukti menjadi mekanisme penentangan antibiotik yang penting di antara bakteria yang berkaitan dengan biofilm. Akhirnya, biofilem menyediakan persekitaran yang ideal untuk pertukaran DNA ekstrakromosom, yang sering merangkumi gen yang memberikan ketahanan terhadap antibiotik.

Latihan ( PageIndex {9} )

  1. Apakah matriks biofilm yang tersusun?
  2. Apa peranan penginderaan kuorum dalam biofilm?

Konsep dan Ringkasan Utama

  • Sebilangan besar sel bakteria membahagi dengan pembelahan binari. Masa penjanaan dalam pertumbuhan bakteria ditakrifkan sebagai menggandakan masapenduduk.
  • Sel dalam sistem tertutup mengikuti pola pertumbuhan dengan empat fasa: ketinggalan, logaritma (eksponensial), pegun, dan kematian.
  • Sel boleh dikira dengan kiraan sel langsung yang berdaya maju. The tuangkan pinggan dan piring penyebaran kaedah digunakan untuk membuat pinggan pencairan bersiri ke dalam atau ke, masing-masing, agar agar penghitungan sel berdaya maju yang menimbulkan unit pembentuk koloni. Penapisan membran digunakan untuk mengira sel hidup dalam larutan cair. The nombor sel paling mungkin (MPN)kaedah membolehkan anggaran bilangan sel dalam kultur tanpa menggunakan media pepejal.
  • Kaedah tidak langsung boleh digunakan untuk membuat anggaran kepadatan budaya dengan mengukur kekeruhan budaya atau ketumpatan sel hidup dengan mengukur aktiviti metabolik.
  • Corak pembahagian sel yang lain merangkumi pembentukan nukleoid berganda dalam sel; pembahagian asimetri, seperti dalam pemula; dan pembentukan spora terminal dan hyphae.
  • Biofilm adalah komuniti mikroorganisma yang dimasukkan ke dalam matriks bahan polimer ekstraselular. Pembentukan biofilm berlaku apabila planktonik sel melekat pada substrat dan menjadi sessile. Sel dalam biofilm menyelaraskan aktiviti mereka dengan berkomunikasi melalui penginderaan korum.
  • Biofilm biasanya dijumpai di permukaan di alam dan di tubuh manusia, di mana ia mungkin bermanfaat atau menyebabkan jangkitan teruk. Patogen yang berkaitan dengan biofilm selalunya lebih tahan terhadap antibiotik dan pembasmi kuman.

Pelbagai pilihan

Antara kaedah berikut, yang manakah akan digunakan untuk mengukur kepekatan pencemaran bakteria dalam mentega kacang yang diproses?

A. pengukuran kekeruhan
B. jumlah bilangan plat
C. pengukuran berat kering
D. pengiraan langsung bakteria pada slaid yang dikalibrasi di bawah mikroskop

B

Pada fasa manakah yang anda harapkan untuk memerhatikan endospora paling banyak di a Bacillus kultur sel?

A. fasa kematian
B. fasa lag
C. fasa log
D. fasa log, ketinggalan, dan kematian semuanya mempunyai bilangan endospora yang hampir sama.

A

Selama fasa manakah penisilin, antibiotik yang menghalang sintesis dinding sel, paling berkesan?

A. fasa pegun

C

Antara berikut, yang manakah definisi terbaik masa penjanaan dalam bakteria?

A. jangka masa yang diperlukan untuk mencapai fasa log
B. jangka masa yang diperlukan untuk populasi sel meningkat dua kali ganda
C. masa yang diperlukan untuk mencapai fasa pegun
D. jangka masa fasa eksponen

B

Apakah fungsi cincin Z dalam pembelahan binari?

A. Ia mengawal replikasi DNA.
B. Ia membentuk cincin kontraktil pada septum.
C. Ia memisahkan molekul DNA yang baru disintesis.
D. Ia memediasi penambahan subunit peptidoglikan baru.

B

Sekiranya kultur bermula dengan 50 sel, berapakah bilangan sel yang akan wujud selepas lima generasi tanpa kematian sel?

A. 200
B. 400
C. 1600
D. 3200

C

Sianobakteria filamen sering dibahagi dengan yang berikut?

A. pemula
B. mitosis
C. pemecahan
D. pembentukan endospora

C

Manakah alasan untuk rintangan antimikroba lebih tinggi dalam biofilm daripada sel bakteria bebas?

A. EPS membolehkan penyebaran bahan kimia yang lebih cepat dalam biofilm.
B. Sel lebih aktif secara metabolik pada asas biofilm.
C. Sel tidak aktif secara metabolik pada asas biofilm.
D. Struktur biofilm menyokong kelangsungan sel tahan antibiotik.

C

Sensing korum digunakan oleh sel bakteria untuk menentukan yang berikut?

A. saiz populasi
B. ketersediaan nutrien
C. kelajuan aliran air
D. kepadatan penduduk

D

Manakah antara pernyataan berikut mengenai autoinducer yang tidak betul?

A. Mereka mengikat terus ke DNA untuk mengaktifkan transkripsi.
B. Mereka dapat mengaktifkan sel yang merembeskannya.
C. N-acylated homoserine lactones adalah autoinducer dalam sel gram negatif.
D. Autoinducer dapat merangsang pengeluaran faktor virulensi.

A

Isikan tempat kosong

Kiraan langsung jumlah sel boleh dilakukan dengan menggunakan ________ atau ________.

hemositometer, ruang penghitungan Petroff-Hausser

Kaedah ________ membolehkan pengiraan langsung jumlah sel yang tumbuh pada medium pepejal.

kiraan pinggan

Anggaran statistik bilangan sel hidup dalam cecair biasanya dilakukan oleh ________.

nombor paling mungkin

Untuk kaedah tidak langsung ini untuk mengira pertumbuhan budaya, anda mengukur ________ menggunakan spektrofotometer.

kekeruhan

Pertumbuhan aktif kultur dapat dianggarkan secara tidak langsung dengan mengukur produk metabolisme sel berikut: ________ atau ________.

ATP, asid dari penapaian

Sepadan

Padankan definisi dengan nama fasa pertumbuhan dalam keluk pertumbuhan.

__Jumlah sel mati lebih tinggi daripada bilangan sel yang membahagiA. Fasa lag
__Jumlah sel baru sama dengan jumlah sel yang matiB. Fasa log
___N enzim baru untuk menggunakan nutrien yang ada diinduksiC. Fasa pegun
___ Pembelahan binari berlaku pada kadar maksimumD. Fasa kematian

D, C, A, B

Jawapan pendek

Mengapa penting untuk mengukur penghantaran cahaya melalui tabung kawalan dengan hanya kaldu di dalamnya ketika membuat ukuran kekeruhan kultur bakteria?

Dari segi mengira sel, apakah kaedah penyaduran yang dilakukan oleh kaedah pengiraan sel elektronik?

Susun peringkat pengembangan biofilm berikut dari langkah awal hingga terakhir.

  1. rembesan EPS
  2. lampiran yang boleh diterbalikkan
  3. penyebaran
  4. pembentukan saluran air
  5. lampiran yang tidak dapat dipulihkan

Jangkitan di kalangan pesakit yang dirawat di hospital sering kali berkaitan dengan kehadiran alat perubatan pada pesakit. Keadaan manakah yang sesuai dengan pembentukan biofilm pada kateter dan prostesis di tempat tinggal?

Pemikiran kritikal

Seorang pesakit di hospital mempunyai kateter intravena yang dimasukkan untuk membolehkan penghantaran ubat, cairan, dan elektrolit. Empat hari selepas kateter dimasukkan, pesakit mengalami demam dan jangkitan pada kulit di sekitar kateter. Kultur darah menunjukkan bahawa pesakit mengalami jangkitan darah. Ujian di makmal klinikal mengenal pasti patogen yang ditanggung darah sebagai Staphylococcus epidermidis, dan ujian kerentanan antibiotik dilakukan untuk memberi doktor maklumat penting untuk memilih ubat terbaik untuk rawatan jangkitan. Kemoterapi antibakteria dimulakan dan dihantar melalui kateter intravena yang awalnya dimasukkan ke dalam pesakit. Dalam masa 7 hari, jangkitan kulit hilang, kultur darah negatif S. epidermidis, dan kemoterapi antibakteria dihentikan. Walau bagaimanapun, 2 hari setelah menghentikan kemoterapi antibakteria, pesakit mengalami demam dan jangkitan kulit yang lain dan kultur darah positif untuk ketegangan yang sama S. epidermidis yang telah diasingkan pada minggu sebelumnya. Kali ini, doktor mengeluarkan kateter intravena dan memberikan antibiotik oral, yang berjaya merawat jangkitan kulit dan darah yang disebabkan oleh S. epidermidis. Selanjutnya, jangkitan tidak akan kembali setelah menghentikan kemoterapi antibakteria oral. Apakah beberapa kemungkinan sebab mengapa kemoterapi intravena gagal menyembuhkan pesakit sepenuhnya walaupun ujian makmal menunjukkan ketegangan bakteria rentan terhadap antibiotik yang ditentukan? Mengapa terapi antibiotik pusingan kedua lebih berjaya? Benarkan jawapan anda.

Mengapa molekul kecil autoinducer?

Lihat Gambar B1 di Lampiran B. Jika hasil dari sampel air kolam dicatat sebagai 3, 2, 1, apakah MPN bakteria dalam 100 mL air kolam?

Rujuk Gambar. Mengapa kekeruhan kehilangan kebolehpercayaan pada kepekatan sel yang tinggi ketika kultur mencapai fasa pegun?

Penyumbang

  • Nina Parker, (Universiti Shenandoah), Mark Schneegurt (Universiti Negeri Wichita), Anh-Hue Thi Tu (Universiti Negeri Southwestern Georgia), Philip Lister (Kolej Komuniti New Mexico Tengah), dan Brian M. Forster (Universiti Saint Joseph) pengarang yang menyumbang. Kandungan asli melalui Openstax (CC BY 4.0; Akses secara percuma di https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Bagaimana Mikrob Tumbuh? Ternyata Bukan Seperti Yang Kita Fikirkan

Mengukur bagaimana mikroba tumbuh adalah asas bagi bidang seperti genetik, bioengineering, dan keselamatan makanan. Dalam kolaborasi antara makmal Schmid dan Duke Statistics, Tonner dan rakan sekerja meninjau semula masalah lama untuk memahami pertumbuhan mikrob.

Masalah ini, yang difikirkan dapat diselesaikan pada tahun 1940-an oleh Jacob dan Monod, sebenarnya jauh dari yang difahami. Makalah baru, yang diterbitkan pada 26 Oktober 2020, dalam jurnal PLOS Computational Biology, melaporkan bahawa kesan rawak seperti kebolehubahan eksperimen, kesan kumpulan atau perbezaan bahan eksperimen semuanya mempengaruhi penganggaran parameter pertumbuhan mikroba.

Pasukan antara disiplin ini diketuai oleh Peter Tonner, seorang tawas CBB dari makmal Schmid, yang kini merupakan postdoc di Institut Nasional untuk Standard Teknologi. Tonner dan kolaboratornya mengembangkan model pertumbuhan populasi baru yang memungkinkan anggaran yang lebih tepat mengenai kesan biologi minat, sementara memperhitungkan variasi yang lebih baik kerana faktor teknikal seperti kesan kumpulan.

"Saya bangga dengan bagaimana karya ini benar-benar berfungsi di semua disiplin ilmu untuk memajukan bidang statistik dan biologi secara serentak," kata Amy Schmid, seorang profesor Biologi dan pengarang di atas kertas tersebut.

Kerjasama ini masih belum selesai: "Kami bekerjasama dengan pasukan Master dalam Sains Data melalui inisiatif maklumat Duke (iiD) untuk membangunkan antara muka pengguna grafik untuk model ini," kata Schmid. Tidak lama lagi, kita bukan sahaja dapat mengukur pertumbuhan mikroba dengan cara yang lebih tepat, tetapi juga dapat membayangkannya dengan mudah.


Pelanggan yang melihat item ini juga melihat

Kaji semula

"Berat bukti di sebalik amaran Dr. Blaser mengenai antibiotik sangat banyak." -The New York Times

"Mikroba yang Hilang menunjukkan perspektif yang sangat jelas mengenai masalah yang kompleks." -The Philadelphia Inquirer

"Di Mikroba Hilang, Martin Blaser membunyikan penggera. Dia dengan sabar dan teliti membangun kes yang menarik bahawa ancaman penggunaan antibiotik yang berlebihan melebihi jangkitan tahan. ” -Alam semula jadi

"Blaser menyajikan rancangan yang masuk akal untuk mendapatkan kembali keseimbangan mikroba kami dan menghindari malapetaka baik sebagai masyarakat. . . dan pada tahap individu. " -Cari

“Mengapa anda gemuk, anak anda menghidap asma, dan anak perempuan anda yang berusia 13 tahun tingginya enam kaki? Dr Blaser mengatakan bahawa badan anda kehilangan bakteria penting dan bermanfaat dan saya jamin bahawa setelah membaca buku ini, anda akan bersetuju. Baca antibiotik dan baca Mikroba Hilang.” ―Laurie Garrett, penulis pemenang Hadiah Pulitzer dan Felo Kanan untuk Kesihatan Global di Majlis Hubungan Luar Negeri

"Dr. Kredibiliti Blaser sebagai saintis dan doktor bertaraf dunia menjadikan eksplorasi dunia mikroba badan kita sangat provokatif. Mikroba Hilang akan membuat anda memikirkan semula beberapa idea asas mengenai jangkitan. Hadiah Blaser adalah untuk menulis dengan jelas dan membawa pembaca dalam perjalanan yang menarik melalui paradoks dan pandangan mengenai dunia yang penuh dengan diri kita. " -Abraham Verghese MD, pengarang Cutting for Stone

"Tidak seperti beberapa buku mengenai perubatan dan mikroba, Dr. Blaser tidak menimbulkan kebimbangan penyakit eksotik atau pandemi 'superbug' yang tahan terhadap semua ubat yang diketahui. Dia memusatkan perhatian pada perhatian yang lebih sederhana tetapi lebih mendalam: kerosakan yang ditimbulkan oleh kehidupan moden terhadap sebilangan besar mikroba yang selalu kita bawa, bahkan orang yang sihat, di dalam diri kita setiap masa. " -Jurnal Wall Street

"Boleh dibaca dan mencabar, Mikroba Hilang memberikan rangsangan untuk meneliti dogma yang ada. " -Sains

Mikroba Hilang membakar jalan baru. " -The Huffington Post

"Pemeriksaan yang mengasyikkan mengenai bentuk kehidupan yang relatif tidak terikat namun dominan di Bumi." -Penerbit Mingguan (ulasan berbintang)

“Blaser Mikroba Hilang adalah karya hebat pencegahan kesihatan dan penulisan sains yang luar biasa. " -Senarai buku (ulasan berbintang)

"Credit Blaser kerana menunjukkan keajaiban dan kepentingan dunia bawah yang sangat besar yang kita bahaya tetapi tidak dapat hidup tanpanya." -Kirkus

"Mikroba yang Hilang menambah sempadan baru untuk memahami sumbangan utama mikrobioma manusia yang tidak dihargai terhadap kesihatan dan penyakit manusia. Sebagai peneraju dunia dalam menentukan mikrobioma, Dr. Blaser menjelaskan bagaimana mengganggu keseimbangan semula jadi mempengaruhi keadaan biasa seperti obesiti dan diabetes, yang dianggap lama sebagai masalah berkaitan pemakanan dan gaya hidup. Buku yang ditulis dengan teliti dan meyakinkan Blaser menggariskan dimensi baru yang perlu dipertimbangkan dalam memerangi sejumlah penyakit biasa dan dalam mempromosikan kesihatan dan kesejahteraan. " -Richard Deckelbaum, Pengarah, Institut Pemakanan Manusia, Universiti Columbia

"Dalam dunia yang beralih ke antibiotik untuk setiap jangkitan telinga, sinus, atau kulit, Dr. Blaser membuat orang tua yang paling gugup berfikir dua kali untuk memberikan anaknya ubat-ubatan di mana-mana. Dr Blaser berpendapat bahawa penggunaan antibiotik yang berlebihan - terutama pada kanak-kanak - adalah punca penyakit moden kita yang paling serius, dari asma dan alergi makanan hingga kegemukan dan barah tertentu.Dia memandu kita melalui sains di sebalik teorinya dan meneliti dualitas mikroba, baik sebagai agen kesihatan yang penting dan pelaku penyakit. Pada masa ketika Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit berkempen untuk penggunaan antibiotik yang lebih bijaksana, Dr. Blaser menyampaikan kes yang bernas, ditulis dengan baik dan menarik untuk mengapa doktor perlu lebih berhati-hati dalam menetapkan ubat-ubatan ini dan mengapa pengguna harus mempertimbangkan alternatif sebelum mengambilnya. " -Nirav R. Shah, MD, MPH, Pesuruhjaya Kesihatan, New York

“Saya sering tertanya-tanya mengapa kanak-kanak pada masa ini nampaknya mempunyai asma, jangkitan telinga, alergi, esofagitis refluks dan begitu banyak keadaan lain yang jarang saya lihat ketika membesar. Misteri ini telah diselesaikan dengan karya perintis Dr. Marty Blaser dan disampaikan dengan cemerlang di Mikroba Hilang. Saya tidak dapat menekankan betapa pentingnya buku ini untuk kesihatan anda sendiri, kesihatan anak-anak dan cucu anda dan kesihatan negara kita. Mikroba Hilang benar-benar mesti dibaca. " -Arthur Agatston, pengarang The South Beach Diet

“Kita hidup hari ini dalam dunia wabak moden, yang ditakrifkan oleh peningkatan asma, diabetes, obesiti, alergi makanan, dan gangguan metabolik yang membimbangkan. Ini bukan kebetulan, kata Dr Blaser, penyelidik perubatan terkenal: kaitan umum adalah pemusnahan bakteria penting melalui penggunaan antibiotik spektrum luas yang berlebihan. Mikroba Hilang adalah penulisan sains pada tahap terbaik - diperdebatkan dengan teliti dan ditulis dengan indah, dengan pandangan yang menakjubkan mengenai mikrobioma manusia dan penyelesaian yang dapat dilaksanakan untuk krisis global yang mendesak. " -David M. Oshinsky, pengarang Polio pemenang Hadiah Pulitzer: Kisah Amerika


8.1: Bagaimana Mikrob Tumbuh - Biologi

Dihasilkan oleh Jim Deacon
Institut Biologi Sel dan Molekul, Universiti Edinburgh

Mikroorganisma bawaan udara

Zarah-zarah udara adalah penyebab utama penyakit pernafasan pada manusia, menyebabkan alahan, asma, dan jangkitan patogen pada saluran pernafasan. Spora kulat udara juga merupakan agen penting penyakit tumbuhan, dan cara penyebaran banyak kulat saprotrophic (saprophytic) yang biasa.

  • beberapa penyakit pernafasan yang penting bagi manusia
  • peranan spora udara dalam penyakit tanaman
  • kaedah yang digunakan untuk memantau populasi spora di udara

Dari koleksi slaid, Jabatan Mikrobiologi Perubatan, Universiti Edinburgh

Semasa bersin, berjuta-juta titisan kecil air dan lendir dikeluarkan sekitar 200 batu sejam (100 meter sesaat). Titisan pada mulanya berdiameter sekitar 10-100 mikrometer, tetapi kering dengan cepat hingga inti titisan 1-4 mikrometer, mengandungi zarah virus atau bakteria. Ini adalah kaedah utama penularan beberapa penyakit manusia, seperti yang ditunjukkan dalam jadual di bawah.

Beberapa penyakit penting manusia disebarkan dari orang ke orang oleh zarah-zarah bawaan udara yang disedut
Penyakit virus
(jenis virus dalam kurungan)
Penyakit bakteria
(nama bakteria dalam kurungan)
Cacar air (Varicella) Batuk rejan (Bordetella pertussis)
Selsema (Selsema) Meningitis (Neisseria spesies)
Campak (Rubeola) Difteria (Corynebacterium diphtheriae)
Campak Jerman (Rubella) Pneumonia (Mycoplasma pneumoniae, Streptococcus spesies)
Gondok (Gondok) Tuberkulosis (Mycobacterium tuberculosis)
Cacar (Variola)

Beberapa penyakit lain, di bawah, diperoleh dengan menyedut zarah dari sumber persekitaran, bukan secara langsung dari orang yang dijangkiti.
Penyakit
Sumber
Psittacosis (Chlamydia psittaci) Kotoran kering dan kering dari burung yang dijangkiti (burung kakak tua, burung merpati, dll.)
Penyakit Legionnaire (Legionella pneumophila) Titisan dari sistem penyaman udara, tangki simpanan air, dan lain-lain, di mana bakteria tumbuh.
Alveolitis alergi akut (pelbagai spora kulat dan aktinomiset) Spora kulat atau aktinomycete daripada penguraian bahan organik (kompos, kedai bijirin, rumput kering, dll.)
Aspergillosis (Aspergillus fumigatus, A. flavus, A. niger) Spora kulat dihirup akibat penguraian bahan organik
Histoplasmosis (Histoplasma capsulatum) Spora jamur, kelawar tua, kotoran tua atau burung
Coccidioidomycosis (Coccidioides immitis) Spora dalam debu yang ditiup udara di kawasan padang pasir (Amerika Tengah, Selatan dan Utara) di mana kulat tumbuh di dalam tanah

__________________________________________________________________________________________

Psittacosis adalah penyakit serius yang diperoleh dengan menangani burung atau dengan menyedut habuk dari najis burung. Ia disebabkan oleh bakteria Chlamydia psittaci, parasit intraselular wajib. Setelah memasuki saluran pernafasan, sel-sel diangkut ke hati dan limpa, membiak di sana dan kemudian menyerang paru-paru, menyebabkan keradangan, pendarahan dan radang paru-paru.

Penyakit Legionnaire adalah bentuk radang paru-paru yang agak biasa pada orang tua atau imunokompromi. Ia jarang dihantar secara langsung dari orang ke orang. Bakteria adalah spesies berbentuk batang air dengan suhu optimum sekitar 36 o C, dan merupakan penghuni umum sistem air suam di bangunan. Jangkitan berlaku semasa orang menyedut titisan aerosol yang mengandungi bakteria.

Alveolitis alergi ekstrinsik adalah tindak balas hipersensitif yang serius, biasanya dikaitkan dengan pendedahan berulang pada spora udara di persekitaran tempat kerja. Contoh klasik adalah keadaan yang disebut paru-paru petani, disebabkan oleh pendedahan kepada spora aktinomycetes termofilik.

Aspergillosis, Histoplasmosis dan Coccidioidomycosis adalah contoh jangkitan kulat serius pada manusia, yang dimulakan oleh spora yang tersimpan di alveoli. Mereka boleh menjadi penyakit yang mengancam nyawa orang yang mengalami gangguan imun, apabila kulat menyebar dari paru-paru ke organ-organ utama badan. Akan tetapi, dalam semua kasus, infeksi pada manusia terjadi pada jamur, tidak berperan dalam biologi normalnya. Ini adalah kulat yang tumbuh secara semula jadi sebagai organisma pengurai di dalam tanah, najis burung atau substrat organik lain.

Aspergillus fumigatus. ( A ) Kepala jamur spora khas dalam budaya makmal. Spora dihasilkan dari phialides yang timbul dari bahagian atas pembengkakan berbentuk klub (vesikel) hipha tegak (sporangiophore). [Lihat mikroorganisma termofilik]. ( B Bahagian mikroskopik tisu paru-paru, diwarnai untuk menunjukkan hifa Aspergillus dalam kantung udara. Bola hiphae yang tumbuh secara saprotrofik di paru-paru disebut sebagai aspergilloma.

Pensampelan udara digunakan secara rutin untuk memantau populasi zarah bawaan udara, dan untuk memberitahu masyarakat tentang kualiti udara dan jumlah debunga / spora melalui penyiaran awam (laporan cuaca, dll.). Ia digunakan oleh hospital besar untuk memantau populasi zarah alergenik tertentu (spora jamur, dll), sehingga penyebab alergi pesakit dapat ditentukan. Dan itu digunakan dalam patologi tanaman untuk peramalan penyakit, sehingga penanam dapat menggunakan racun kulat apabila diperlukan.

Di sini kita akan mempertimbangkan tiga jenis alat pensampelan utama untuk mengesan beban spora kulat di udara:

The pensampel rotorod (Gambar C di bawah) adalah pensampel udara yang murah, sederhana dan mudah alih. Ia terdiri daripada batang logam berbentuk U yang dipasang oleh gelendong ke motor elektrik berkuasa bateri. Motor menyebabkan lengan tegak batang logam berputar pada kelajuan tinggi. Untuk menggunakan sampler, lengan tegak ditutup dengan jalur pita lekat yang sempit, sehingga spora di udara akan terkena pada kaset. Kemudian pita dikeluarkan dan diperiksa secara mikroskopik untuk mengenal pasti spora dan zarah lain seperti butir debunga di udara. Beberapa contoh ditunjukkan dalam Gambar D dan E.


Gambar C : Pensampel Rotorod. Gambar D, E: Potongan pita lekat di mana spora dan zarah lain terkena. Zarah-zarah yang dapat dikenal pasti termasuk: dalam D, sebuah ascospore (sebagaispora kulat hyaline (tidak berwarna) (h) dan konidium kulat permukaan daun yang biasa Cladosporium (cdalam E, konidia multiselular (menyerupai kasut salji) dari kulat permukaan daun yang biasa Alternaria (a), konidia (cdan serpihan hyphal (chdari Cladosporium, dan spora hyaline yang besar dari kulat cendawan serbuk (m).

Jenis sampler ini paling berkesan untuk memerangkap zarah-zarah yang agak besar (ke atas lebih kurang 7 mikrometer) seperti spora kulat dan butir debunga yang lebih besar. Sebabnya ditunjukkan dalam Rajah F di bawah.

Ketika udara bergerak ke arah objek seperti silinder sempit, atau sebaliknya, udara terpesong di sekitar objek. Sebarang zarah di udara cenderung terus sepanjang lintasan asalnya, tetapi kemampuan mereka untuk melakukan ini (dan untuk mempengaruhi objek) ditadbir oleh mereka momentum (ditakrifkan sebagai jisim x halaju). Pada kelajuan udara tertentu, zarah-zarah yang lebih berat kemungkinan besar akan mempengaruhi (a dalam rajah) sedangkan zarah yang lebih kecil (lebih ringan) cenderung terpesong di sekeliling objek. Kelajuan udara yang sangat tinggi diperlukan untuk mempengaruhi zarah-zarah yang lebih kecil (b dalam rajah), dan kelajuan udara seperti itu jarang dijumpai dalam keadaan semula jadi.

Oleh itu, dalam praktiknya, spora kulat dan zarah udara lain dapat dikelompokkan menjadi dua kategori luas - yang boleh mempengaruhi permukaan (pemukul), dan yang lebih kecil dan hanya dikeluarkan dari udara oleh pemendapan dalam keadaan tenang yang berpanjangan atau yang dikeluarkan dari udara oleh hujan.

Salah satu kelebihan rotorod sampler ialah ia dapat digunakan untuk mencari sumber spora dengan tepat pada jamur tertentu. Ahli aerobiologi terkenal, PH Gregory, melakukan ini pada tahun 1950-an dengan meletakkan pensampel rotorod pada kedudukan yang berlainan di sebuah ladang dan & masuk ke dalam sumber spora jamur Chartarum Pithomyces, yang menyebabkan keadaan yang dikenali sebagai ekzema domba.

Banyak patogen penting tanaman tanaman mempunyai spora besar yang mudah mempengaruhi permukaan tanaman untuk memulakan jangkitan. Contohnya termasuk cendawan tepung gandum, Erysiphe graminis (Rajah G, dengan spora kira-kira 30 mikrometer panjang) dan sedikit gandum, Ustilago tritici (Gambar H, I). Penyakit smut ini dicirikan oleh jisim spora hitam di mana bijirin biasanya dihasilkan. Spora ini berdiameter 8-10 mikrometer. (Lihat patogen Biotrofik).

Maklumat lebih lanjut mengenai rotorod sampler boleh didapati di laman web pembekal komersil, http://www.multidata.com/samplingtechnologies.html (bukan di pelayan ini).

Burkard spore sampler bertindak berdasarkan prinsip yang sama dengan rotorod sampler, tetapi digunakan untuk memberikan catatan berterusan partikel di udara dalam jangka masa 24 jam atau hingga 7 hari. Radas (Gambar J, K) terdiri daripada drum kedap udara yang berisi cakera berputar jam (kepala panah dalam Gambar K) yang membuat satu revolusi dalam 7 hari. Permukaan cakera ini ditutup dengan pita pelekat, untuk memerangkap spora yang terkena padanya. Semasa alat dipasang, udara disedut ke dalam drum dengan kelajuan tinggi melalui lubang celah (kepala panah dalam Gambar J) dengan menggunakan motor di dasar radas. Sebarang zarah di udara akan terkena pada pita lekat di dekat lubang celah, memberikan catatan zarah-zarah di atmosfer pada waktu tertentu dalam sehari. Pada akhir larian 7 hari, pita dikeluarkan, dipotong menjadi bahagian yang mewakili tempoh setiap jam atau harian, kemudian diperiksa secara mikroskopik.

Dengan cara ini, adalah mungkin untuk membezakan dengan jelas antara spora yang dilepaskan pada waktu malam dan yang dilepaskan pada waktu siang atau zarah-zarah lain, dan juga untuk mengaitkan jenis zarah dengan keadaan cuaca yang berbeza (contohnya masa lembap atau kering) semasa alat sedang berjalan. Perangkap spora Burkard biasanya digunakan untuk pemantauan berterusan spora atau debunga di udara. Sebagai contoh, perangkap ini biasanya dipasang di bumbung hospital, stesen meteorologi, dan bangunan awam lain, dan memberikan maklumat orang ramai melalui siaran TV dan radio.

Prinsipnya sama persis seperti pada rotorod sampler kerana perangkap zarah berdasarkan impaksi. Batasannya juga sama: hanya zarah yang lebih besar dengan jisim yang mencukupi yang akan mempengaruhi pita pada kelajuan udara yang dihasilkan oleh jenis sampler ini.

Angka J-K. Alat pensampelan spora Burkard, ditunjukkan dalam bentuk pemasangan (J) dan semasa penyediaan (K).

Persampelan Anderson

Pensampel Anderson (Rajah L) adalah alat cerdik untuk menjebak secara berlainan saiz zarah mengikut ukurannya (momentum). Pensampel ini terdiri daripada timbunan 8 bahagian logam yang bersesuaian dengan penutup cincin untuk membentuk silinder kedap udara. Setiap bahagian logam mempunyai asas berlubang (lihat Gambar N), dan jumlah perforasi adalah sama di setiap bahagian, tetapi ukuran perforasi ini semakin berkurang dari bahagian atas lajur ke bawah. Untuk menggunakan sampler ini, plat agar terbuka diletakkan di antara setiap bahagian logam, bersandar pada tiga kancing (ditunjukkan sebagai kepala panah pada Gambar N).

Angka L, M . Pensampel udara Anderson, ditunjukkan di makmal (L) dan dipasang dengan baling-baling angin di lokasi lapangan (M).

Apabila dipasang sepenuhnya (dengan plat agar terbuka di antara setiap unit) motor elektrik menyedut udara dari bahagian bawah unit, menyebabkan udara yang dipenuhi spora masuk di bahagian atas (kepala panah pada Gambar L) dan turun melalui silinder. Laluan yang dilalui oleh udara ini ditunjukkan di Rajah O, di bawah.

Udara yang disedut di bahagian atas lajur bergerak pada kelajuan yang agak rendah menuju plat agar pertama, dan hanya zarah terbesar yang mempengaruhi permukaan agar. Udara kemudian bergerak mengelilingi tepi plat agar dan melalui perforasi ke plat agar kedua, dan seterusnya. Ketika proses ini terus berlanjut, jumlah udara yang sama terpaksa bergerak melalui perforasi yang lebih kecil secara berturut-turut, dan dengan demikian kecepatan udara semakin meningkat. Kelajuan udara yang meningkat secara progresif ke bawah lajur menaikkan momentum zarah-zarah yang dibawa ke udara, sehingga zarah-zarah yang paling kecil (diameter kurang dari 3 mikrometer) dapat memberi kesan ke atas plat agar yang lebih rendah.

Apabila sampler telah berjalan selama 5-15 minit atau lebih, plat logam dipisahkan dan piring Petri dikeluarkan untuk inkubasi untuk mengenal pasti koloni yang berkembang. Angka P-R (di bawah) tunjukkan beberapa contoh piring agar dari sampler Anderson. Dalam kes ini, sampel udara mengandungi spora dari jerami berjamur, dan plat agar diinkubasi pada suhu 37 o C.

Rajah P : Plat agar dari aras bawah sampler Anderson. Koloni terdiri daripada actinomycetes termofilik (Micropolyspora faeni atau Thermoactinomyces vulgaris) adalah penyebab biasa Penyakit paru-paru petani (alveolitus alergi ekstrinsik). Spora Actinomycete sangat kecil (1-2 mikrometer) sehingga biasanya memasuki paru-paru. Mereka membentuk koloni padat yang tumbuh dengan perlahan pada agar, dan corak koloni yang dilihat pada plat agar ini mencerminkan corak perforasi yang dilalui udara. Gambar ini juga menunjukkan bagaimana hidangan Petri yang dibahagi (tiga sektor) dapat diisi dengan media agar yang berbeza untuk mengesan pelbagai jenis organisma di udara. Angka Q dan R tunjukkan piring agar dari bahagian tengah Sampler Anderson, di mana beberapa spesies Aspergillus dan Penisilin telah berkembang dari spora dengan diameter 3-5 mikrometer.

Salah satu ciri menarik dari sampel Anderson ialah meniru pemendapan spora (atau zarah ariborn lain) di saluran pernafasan manusia (lihat Rajah O). Sebagai contoh, spora kulat dan biji-bijian debunga yang agak besar cenderung terperangkap pada rambut yang ditutupi lendir dari lubang hidung kita, di mana ia boleh menyebabkan & demam quothay & quot gejala pada individu yang peka. Zarah-zarah yang lebih kecil tidak terperangkap di lubang hidung tetapi dibawa masuk ke dalam bronkiol dan alveoli. Di sini kelajuan udara sangat rendah, kerana percabangan saluran pernafasan berturut-turut telah mengurangkan kelajuan udara ke minimum. Tetapi spora berdiameter sekitar 2-4 mikrometer dapat menetap ke permukaan mukosa alveoli. Sebilangan spora ini penting dalam memulakan jangkitan paru-paru. Walau bagaimanapun, penting untuk diperhatikan bahawa mekanisme asas pemendapan spora di sampler Anderson sama sekali berbeza dengan yang ada di saluran pernafasan manusia - sampler Anderson memerangkap spora oleh pemaksaan, sedangkan spora disimpan di saluran pernafasan manusia terutamanya oleh pemendapan.

Saluran pernafasan sangat berkesan untuk memerangkap zarah-zarah yang membawa udara, yang kadang-kadang membawa kesan serius kepada kesihatan. Mekanisme yang terlibat bergantung pada ukuran zarah.

    Zarah besar (kira-kira 10 mikrometer) mempunyai jisim yang mencukupi kesan ke permukaan, walaupun pada kelajuan udara rendah. Mereka melepaskan diri dari udara ketika mengalir di sekitar rintangan. Semasa pernafasan normal, aliran udara di hidung dan trakea sekitar 100 cm sesaat - mencukupi untuk biji-bijian debunga dan spora kulat yang lebih besar ( Alternaria , dan lain-lain) untuk disimpan pada mukosa, di mana ia boleh menyebabkan tipikal simptom demam hay seperti rinitis dan asma.

Di manakah patogen bakteria dan virus sesuai dengan skema ini?

Jangkitan nasofaring oleh virus dikaitkan dengan titisan bersin besar yang memberi kesan pada saluran udara atas. Sebilangan besar penyakit bakteria juga dimulakan di saluran udara atas, apabila bakteria dibawa ke dalam tetesan besar atau pada kulit & kulit yang berdampak pada mukosa. Walau bagaimanapun, jangkitan oleh Mycobacterium (batuk kering) dan Bacillus anthracis (antraks) dimulakan di paru-paru. Ini adalah patogen yang sangat virulen, dan bahkan sel tunggal atau spora (kira-kira 3 mikrometer untuk Bacillus) boleh memulakan jangkitan selepas pemendapan di alveoli.

PH Gregory (1973) Mikrobiologi Suasana. Edisi kedua. Leonard Hill, Aylesbury

J Lacey (1988) Penyebaran udara dan pengembangan komuniti mikrob. hlm.207-237 dalam: Mikro-organisma dalam Tindakan: Konsep dan Aplikasi dalam Ekologi Mikrob (Eds JM Lynch & amp; JE Hobbie). Penerbitan Ilmiah Blackwell, Oxford.

HA Burge (1985) Alergen kulat. Klinik. Alahan Pendeta 3, 319-329.

B Flannigan & amp JD Miller (1993) Implikasi kesihatan kulat di persekitaran dalaman - gambaran keseluruhan. Dalam Implikasi Kesihatan Kulat di Persekitaran Dalaman (ed. R.A. Samson, B. Flannigan, M.E. Flannigan dan S. Gravesen), Elsevier, Amsterdam.

B Flannigan, EM McCabe & amp F McGarry (1991) Alergi dan mikroorganisma toksigen di rumah. Jurnal Bakteriologi Gunaan Tambahan Simposium. 70, 61S-73S.

Banyak maklumat berguna boleh didapati dari Jabatan Kesihatan dan Keselamatan Alam Sekitar Universiti Minnesota: Kulat di Bangunan (bukan di pelayan ini)

Pautan berguna lain melalui Aerobiologi Antarabangsa (bukan pada pelayan ini)


DNA "Egois" membantu bakteria menipu dan tumbuh di komuniti mikroba yang padat

Para saintis mempunyai istilah untuk gen yang menyebarkan diri ke seluruh populasi dengan kos apa pun: DNA "egois". Salah satu cara penyebaran gen ini melalui komuniti bakteria adalah melalui jenis seks bakteria yang disebut konjugasi.Apabila satu bakteria bersentuhan dengan yang lain, DNA dari sel inang dapat disuntik ke dalam sel penerima.

Makmal Alan Grossman di MIT Department of Biology mengkaji sebilangan kecil DNA tetapi mementingkan diri sendiri yang disebut ICEBs1. Kumpulannya telah mengenal pasti beberapa cara di mana unsur genetik mudah alih ini sebenarnya memberi manfaat kepada bakteria inangnya ketika ia bertarung untuk merebak. Membina badan kerja ini, makmal Grossman bekerjasama dengan rakan-rakan di Tel Aviv University dalam kajian baru yang baru diterbitkan di eLife. Pasukan antarabangsa mendapati bahawa ICEBs1 mengandungi satu gen khususnya, yang membolehkan sel inang terus membelah dalam komuniti mikroba yang padat. Ini membantu tuan rumah tumbuh dalam keadaan kekurangan nutrien, sementara berpotensi membantu ICEBs1 untuk menyebarkan.

"Elemen genetik mudah alih seperti ICEBs1 terdapat dalam kromosom pelbagai jenis bakteria, ”kata Grossman, ketua jabatan dan pengarang kanan kajian. "Mempelajari unsur-unsur ini - bagaimana mereka merebak dan bagaimana mereka mempengaruhi sel inang mereka - sangat penting untuk memahami evolusi bakteria, merancang beberapa jenis bakteria untuk melakukan perkara yang berguna, dan mungkin mencegah kesan buruk yang disebabkan oleh bakteria berbahaya."

Seperti banyak segmen DNA yang bergerak, ICEBs1 merangkumi gen yang menyandi jentera molekul yang diperlukan untuk memindahkan dirinya dari satu sel ke sel yang lain. Tetapi elemen genetik bergerak juga boleh mengandungi gen "kargo" yang memberikan bakteria inang dengan sifat baru, seperti ketahanan terhadap antibiotik. Walau bagaimanapun, dalam banyak kes, sifat yang akan diberikan oleh gen kargo sukar untuk diramalkan.

"Sel inang dapat memperoleh banyak gen baru dengan tergesa-gesa melalui elemen genetik mudah alih seperti ICEBs1, dan masih banyak yang belum kita ketahui mengenai jenis gen kargo fenotip yang diberikan, ”kata penulis pertama kajian itu, Joshua Jones PhD ’20. "Pelbagai sifat yang mungkin mungkin jauh lebih berbeza daripada yang kita hargai."

Untuk menyiasat perubahan yang ICEBs1 pencetus di sel inang, Jones dan rakan sekerja meneliti komuniti mikroba besar yang disebut biofilm. Ini terbentuk ketika banyak bakteria terkumpul di permukaan dan mengeluarkan "lem" berlendir yang terbuat dari gula, protein, dan DNA yang merangkumi populasi. Contoh biofilm yang biasa termasuk plak gigi, enapcemar yang melapisi bahagian dalam paip, atau jangkitan berbahaya yang timbul pada implan pembedahan pada tubuh pesakit.

Kerana terdapat begitu banyak bakteria dalam kontak dekat, biofilem adalah tempat panas untuk bertukar unsur genetik bergerak seperti ICEBs1. Walau bagaimanapun, mengeluarkan bahan yang diperlukan untuk menghasilkan lem berlendir dapat menguras sumber dengan cepat. Akibatnya, bakteria dalam biofilm tidak selalu memiliki kemampuan untuk tumbuh, membelah, dan berpotensi menyebarkan ICEBs1. Sebaliknya, beberapa jenis bakteria berbentuk batang mula menghasilkan spora yang serupa dengan biji benih. Proses ini, yang disebut sporulasi, membolehkan bakteria ini menjadi tidak aktif dan bertahan dalam keadaan yang melampau.

Jones mendapati bahawa Bacillus subtilis bakteria yang mengandungi ICEBs1 tertunda menyumbang kepada gam biofilm, dan juga tertunda dalam menghasilkan spora yang tidak aktif. Akibatnya, bakteria ini dapat terus membelah lebih lama daripada bakteria tanpa ICEBs1 - meningkatkan bilangan bakteria dengan ICEBs1 dan kemungkinan bahawa ICEBs1 akan merebak. Para penyelidik dapat menentukan satu ICEBs1 gen kargo khususnya, yang disebut Development Inhibitor (devi, yang mencetuskan kelewatan ini dalam pengembangan biofilm dan sporulasi.

"Dengan satu cara, sel-sel dengan ICEBs1 "menipu" dengan menunda sporulasi dan tidak menyumbang kepada kebaikan masyarakat biofilm, "kata Jones. Tetapi, dia menjelaskan, mereka dapat melepaskannya kerana devi laluan hanya bermula apabila ICEBs1-kandungan sel adalah minoriti dalam populasi mikroba. Untuk menyebarkan seluas mungkin, yang terbaik untuk ICEBs1 untuk memindahkan ke sel baru yang belum mengandungi salinan yang ada. Tambahan pula, pengumpulan salinan pendua boleh memberi kesan buruk kepada ICEBs1 sendiri.

"Ini adalah sistem yang sangat pintar untuk menilai keadaan di sekitar sel, dan memutuskan sama ada ia bermanfaat untuk ICEBs1 untuk cuba memindahkan, ”tambah Jones.

Seterusnya, makmal Grossman merancang untuk menentukan dengan tepat bagaimana devi memberikan kesannya terhadap pembentukan biofilm dan sporulasi. Mereka mengesyaki bahawa ICE lainBs1elemen seperti juga boleh menggunakan gen yang serupa dengan devi untuk melaksanakan strategi penyebaran yang serupa. Meneliti taktik "menipu" seperti itu yang diatur oleh gen egois akan membantu para saintis memahami evolusi mikroba dengan lebih baik dan, akhirnya, mungkin juga memberi inspirasi kepada ubat-ubatan untuk mengganggu biofilm berbahaya, seperti yang terbentuk di sekitar implan pembedahan.


Corak fraktal koloni bakteria

Bakteria mungkin merupakan organisma bersel tunggal tetapi sangat jarang wujud sebagai sel tunggal sendiri. Sebaliknya, bakteria membentuk koloni yang terdiri dari banyak sel, semuanya tumbuh dan membelah bersama. Jajahan-jajahan ini sering disusun dalam bentuk dan bentuk dan pelbagai sistem fizikal telah dibuat untuk memodelkan organisasi diri ini contohnya batang bergetar kecil dalam jarak dekat yang menyusun diri mereka menjadi corak. Walau bagaimanapun, sistem ini sering kehilangan dua faktor terpenting perkembangan koloni bakteria: semua sel tumbuh dan membelah secara berterusan.

Sekumpulan penyelidik di universiti Cambridge menggunakan teknik biologi sintetik untuk memerhatikan corak yang dilihat pada koloni bakteria yang sedang berkembang E coli. Untuk melihat corak organisasi sel, gen untuk protein floresen merah, hijau atau biru dimasukkan ke dalam bakteria yang kemudian dibiarkan tumbuh dan berkembang di permukaan rata.

Terdapat banyak sebab yang berbeza mengapa bakteria membentuk corak semasa pertumbuhan dan perkembangannya. Ini mungkin disebabkan oleh molekul isyarat yang bergerak di antara bakteria, daya perekat yang menahannya bersama, atau fizik pembahagi bentuk yang saling mendorong antara satu sama lain. Para penyelidik menggunakan sistem pemodelan komputasi yang disebut CellModeller untuk melihat apakah mereka dapat membuat sistem pembahagi bentuk batang yang menghasilkan corak yang dilihat di koloni fizikal.

Model ini disatukan dengan serangkaian andaian. Pertama, ia hanya mengandungi kapsul memanjang yang kaku, bentuk yang sama dengan pemisah E coli. Kapsul ini akan tumbuh hingga panjang tertentu dan kemudian dibahagi dua. Setiap kapsul tidak bergerak di bawah dorongannya sendiri, tetapi hanya ketika terkena kekuatan luar. Akhirnya mereka mengekang pertumbuhan dengan daya seret likat yang disebabkan oleh interaksi sel yang menekan dan tumbuh antara satu sama lain. Model CellModeller kemudian dibandingkan dengan pertumbuhan semula jadi E coli, seperti yang ditunjukkan di bawah (grafik di sebelah kanan menunjukkan ukuran dimensi fraktal bakteria dan model):

Seperti yang ditunjukkan oleh model komputasi, corak ini tidak bergantung pada ciri genetik atau selular bakteria, tetapi pada interaksi fizikal antara batang yang tumbuh dan persekitaran fizikalnya. Kekuatan joran saling menekan antara satu sama lain, dan berdesak-desakan mencari ruang ketika tumbuh, mencipta corak yang diperhatikan.

Untuk menerokainya lebih jauh, para penyelidik menggunakan mutan mereka E coli regangan yang bulat, bukannya berbentuk batang (regangan KJB24). Sel-sel ini tumbuh dan membelah dengan cara yang sama seperti sel berbentuk batang, tetapi tidak membentuk corak yang cukup runcing. Sebaliknya sempadan domain yang dilancarkan dilihat, dan bentuk blok besar yang mengecewakan dan bukannya puncak dan palung berwarna-warni.

Model ini menggunakan interaksi fizikal untuk membuat corak pertumbuhan yang dilihat pada lapisan tunggal E coli sel. Walaupun terdapat kesederhanaan sistem, corak fraktal yang muncul masih kelihatan terbentuk. Pengembangan model yang lebih kompleks untuk merangkumi faktor genetik dan selular yang dilihat di koloni bakteria yang lebih canggih, seperti yang menunjukkan perilaku kawanan, berenang atau biofilm dapat memberikan cara yang berguna untuk meneliti perkembangan dan pertumbuhan koloni bakteria.

Rujukan: Ketidakstabilan yang Didorong oleh Polaritas Sel Menjana Organisasi Sendiri, Pola Fraktal Lapisan Sel, Timothy J. Rudge, Fernán Federici, Paul J. Steiner, Anton Kan, dan Jim Haseloff, ACS Synthetic Biology 2013 Dalam Akhbar DOI: 10.1021 / sb400030p

Pandangan yang diutarakan adalah pandangan penulis dan tidak semestinya pendapat Scientific American.

TENTANG PENULIS

Ahli biokimia dengan minat mikrobiologi, Lab Rat senang meneroka, membaca dan menulis mengenai bakteria. Setelah berjaya melepaskan dirinya dari universiti, dia kini bekerja di sebuah syarikat kecil di Cambridge di mana dia mengubah data menjadi perkataan yang dapat dikendalikan dan grafik yang hebat.


Bakteria Berkembang

Objektif eksperimen ini adalah untuk belajar bagaimana menanam bakteria dalam keadaan terkawal. Dengan menggunakan bahan mudah dari rumah dan bukannya hidangan Petri pelajar akan belajar bagaimana melakukan teknik steril. Hasil eksperimen ini banyak bergantung pada kemampuan mereka untuk menyimpan peralatan mereka steril.

  • Apa itu bakteria? Apa itu acuan? Apa itu kulat?
  • Bagaimana bakteria membiak? Bagaimana acuan membiak?
  • Seberapa berjaya teknik steril anda? Adakah sesuatu tumbuh di dalam hidangan # 2? Sekiranya teknik steril anda sempurna, anda tidak akan melihat apa-apa yang tumbuh di dalam hidangan ini.
  • Bagaimana kawalan dibandingkan dengan pinggan yang terkena udara? Apa yang dikatakan ini mengenai kualiti udara di dapur anda?
  • Bagaimana perbandingan hidangan anda yang lain?

Walaupun terlalu kecil untuk dilihat, bakteria dan spora jamur memenuhi udara dan berehat di kebanyakan permukaan. Walaupun sebilangan bakteria dan jamur menyebabkan penyakit, kebanyakan organisma yang anda temui setiap hari secara amnya tidak berbahaya kecuali keadaan yang membesar. Apabila anda melihat orang dewasa membersihkan permukaan di dapur yang kelihatan sangat bersih, orang dewasa benar-benar memastikan bahawa tidak ada bakteria, spora jamur atau serpihan yang dapat memberi makan organisma ini.

Eksperimen ini serupa dengan yang lain yang sering dilakukan menggunakan piring Petri. Walau bagaimanapun, percubaan ini memberi anda peluang untuk mempraktikkan teknik steril. Pakar bedah dan saintis yang melakukan kultur tisu mempraktikkan teknik steril kerana pengenalan jamur atau bakteria boleh menyakiti pesakit atau memusnahkan budaya yang ditanamkan oleh saintis tersebut.

Bakteria adalah organisma satu sel sederhana yang membiak dengan membahagi menjadi dua. Acuan serupa dengan bakteria, tetapi ia membiak dengan menghasilkan spora seperti biji. Satu acuan biasa ialah Mucor mucedo.

  • Satu tin sup tomato pekat
  • Enam cawan kastard kecil, ramekin atau hidangan gurun. Apa-apa hidangan akan dilakukan selagi ia mempunyai bahagian atas kecil dengan diameter 3-4 inci.
  • Balut Saran
  • Enam gelang getah
  • Tong dapur
  • Satu periuk kecil, satu periuk besar dan satu kuali besar yang boleh anda masukkan air
  • Kamera
  1. Isi periuk besar dengan air dan didihkan. Kurangkan panas hingga mendidih lembut. Masukkan cawan kastard dan tong ke dalam air mendidih. Didihkan selama dua puluh minit.
  2. Buka tin sup tomato dan tuangkan ke dalam kuali kecil. Masukkan & frac12 air dan kacau. Didihkan, tutup dan biarkan mendidih dengan lembut selama 20 minit.
  3. Semasa sup tomato mendidih, isi periuk besar dengan air dan didihkan. Kurangkan panas hingga mendidih lembut. Masukkan cawan kastard, sudu besar, dan tong ke dalam air mendidih. Didihkan selama dua puluh minit.
  4. Isi kuali dengan air dan didihkan. Kurangkan suhu sehingga mendidih dengan lembut.
  5. Potong enam kotak Bungkus Saran cukup besar untuk dimasukkan ke dalam kuali. Hati-hati jangan sampai bungkus Saran kusut di atasnya. Jatuhkan lembaran penuh dengan perlahan ke dalam air yang sedang mendidih. Ia akan segera menyusut. Masukkan semua petak ke air. Anda mungkin harus memotong kotak tambahan untuk digunakan sekiranya Saran Wrap kusut.
  6. Pastikan anda mempunyai dulang di sebelah dapur yang mempunyai ruang yang mencukupi untuk keenam-enam cawan kastard. Tulis & ldquoDish # 1, & rdquo & ldquoDish # 2, & rdquo & ldquoDish # 3, & rdquo & ldquoDish # 4, & rdquo & ldquoDish # 5 & rdquo dan & ldquoDish # 6 & rdquo pada enam kad 3 x 5. Letakkan kad ke bawah secara berasingan dengan tulisan menghadap ke atas.
  7. Keluarkan tong dari air mendidih dengan menghubungkan pemegang sudu atau garpu melalui pegangan penyepit. Letakkan penjepit dengan berhati-hati sehingga mereka terbaring rata di atas gelas yang bersih. Jangan biarkan penyepit menyentuh meja atau perkara lain. Jangan menyentuh bahagian penyepit kecuali pemegangnya. Objektif langkah ini adalah supaya tong tetap steril sehingga cukup sejuk agar anda dapat mengendalikannya dengan selesa.
  8. Setelah penjepit sejuk, gunakannya untuk mengeluarkan sudu dari air. Letakkan sudu besar di atas gelas seperti yang anda lakukan di langkah 7. Objektifnya di sini adalah untuk memastikan sudu tetap steril sementara sejuk sehingga cukup untuk anda gunakan dengan selesa.
  9. Dengan menggunakan tong steril anda, keluarkan satu cawan kastard dengan teliti dari air mendidih dan letakkan di atas dulang. Dengan menggunakan sudu steril anda, tambahkan dua sudu sup ke dalam pinggan. Semasa meletakkan sudu atau penjepit anda, pastikan untuk meletakkannya di seberang gelas untuk mengurangkan pencemaran.
  10. Dengan menggunakan penjepit anda, keluarkan satu kotak Saran Wrap dari air dan letakkan di seberang gelas gurun yang anda sediakan pada langkah 9. Letakkan penjepit anda di seberang gelas. Lekatkan Saran Wrap di tempatnya menggunakan gelang getah. Ini adalah hidangan # 1.
  11. Keluarkan cawan kastard kedua dari air dan tambahkan sup seperti yang anda lakukan pada langkah # 9. Tunggu 30 minit sebelum menutup pinggan dengan Saran Wrap seperti yang anda lakukan untuk hidangan # 1 pada langkah 10. Ini adalah hidangan # 2.
  12. Keluarkan cawan kastard ketiga dari air dan tambahkan sup seperti yang anda lakukan pada langkah # 9. Oleh kerana anda mempunyai tangan yang sangat bersih, minta abang, kakak, ibu bapa atau rakan anda melekatkan jari kotor di atas sup tomato. Segera tutup pinggan dengan Saran Wrap dan selamatkan dengan gelang getah seperti yang anda lakukan pada langkah 10. Ini adalah hidangan # 3.
  13. Ulangi langkah 9 dengan hidangan # 5 dan # 6. Untuk hidangan # 5, jalankan jari ke lantai dapur sebelum memperkenalkannya ke sup tomato. Tutup pinggan # 5 dengan segera, seperti yang anda lakukan pada langkah 10. Untuk hidangan # 6, taburkan beberapa serbuk pecah ke atas sup tomato dan tutup dengan segera.
  14. Buat jadual dengan tujuh lajur sehingga anda mempunyai satu lajur untuk tarikh dan satu untuk setiap enam hidangan anda. Di ruangan paling kiri, anda akan memasukkan masa dan tarikh. Tuliskan pemerhatian anda untuk setiap hidangan. Terus membuat pemerhatian dua kali sehari selama seminggu.

Terma / Konsep: Bakteria Mikrobiologi Pertumbuhan bakteria Teknik steril Pembiakan bakteria Spora acuan Mucor mucedo

  • Oetting, Judy dan Tad Herr. Kuman (Pembaca Pemula) Akhbar Kanak-kanak & rsquos (2007)
  • Cole, Joanna, Jon Speirs, dan Bruce Degan. Bas Sekolah Sihir Di Dalam Ralphie: Buku Mengenai Kuman. Paperback Scholastic, 1995
  • DiConsiglio, John. Ada & rsquos Kulat Antara Kita: Kisah Benar Cetakan Pembunuh. Children & rsquos Press (2007).
  • Viegas, Jennifer. Kulat dan Jamur (Kuman! Perpustakaan Organisma Penyebab Penyakit). Kumpulan Penerbitan Rosen (2004)

Penafian dan Langkah Keselamatan

Education.com menyediakan Idea Projek Science Fair untuk tujuan maklumat sahaja. Education.com tidak membuat sebarang jaminan atau perwakilan mengenai Idea Projek Science Fair dan tidak bertanggungjawab atau bertanggungjawab atas sebarang kehilangan atau kerosakan, secara langsung atau tidak langsung, yang disebabkan oleh penggunaan maklumat tersebut oleh anda. Dengan mengakses Idea Projek Science Fair, anda mengetepikan dan menolak sebarang tuntutan terhadap Education.com yang timbul daripadanya. Di samping itu, akses anda ke laman web Education.com dan Science Fair Project Ideas dilindungi oleh Dasar Privasi dan Syarat Penggunaan laman web Education.com, yang merangkumi batasan tanggungjawab Education.com.

Amaran dengan ini diberikan bahawa tidak semua Idea Projek sesuai untuk semua individu atau dalam semua keadaan. Pelaksanaan Idea Projek Sains harus dilakukan hanya dalam keadaan yang sesuai dan dengan pengawasan ibu bapa atau yang lain. Membaca dan mematuhi langkah keselamatan semua bahan yang digunakan dalam projek adalah tanggungjawab masing-masing. Untuk maklumat lebih lanjut, rujuk buku panduan Keselamatan Sains di negeri anda.


Di mana Bakteria Tinggal?

Bakteria adalah organisma sel tunggal. Mereka sangat kecil & cukup untuk anda tidak dapat melihatnya dengan mata kasar (walaupun anda dapat melihat sejumlah besar). Bakteria melayani pelbagai fungsi di persekitaran dan badan anda, seperti menolong nutrien di dalam tanah, dan membantu anda mencerna makan tengah hari anda. Mereka juga jenis bakteria berbahaya, sebab itulah orang selalu menekankan pentingnya mencuci tangan. Tidak ada jalan keluar dari bakteria & neraka mereka ada di mana-mana!

Bakteria bersifat aseksual, yang bermaksud mereka membiak sendiri. Mereka menghasilkan semula dengan pembelahan binari, yang membahagi sel menjadi dua, dua sel menjadi empat, dan empat sel menjadi lapan! Ini adalah bagaimana anda akan menumbuhkan bakteria yang cukup untuk dilihat dengan mata kasar.

Masalah

Cari tempat awam mana yang paling banyak mempunyai bakteria.

Bahan

  • 5 atau lebih hidangan petri
  • Pinggan kaca kecil (Pyrex)
  • Beg plastik zip atas
  • Serbuk Agar
  • Air
  • Sapu kapas
  • Pita pelabelan
  • Penanda
  • Sarung tangan pakai nitril

Prosedur

  1. Gunakan sapu kapas untuk mengumpulkan sampel bakteria anda. Yang mesti anda buat hanyalah mengelap swab di permukaan. Beberapa lokasi yang baik untuk mencari banyak bakteria adalah pemegang pintu, tempat duduk bas atau kereta api, meja, dan pemegang keran. Gunakan hanya satu sapu kapas di setiap lokasi. Adalah idea yang baik untuk memakai sarung tangan semasa percubaan ini supaya anda tidak jatuh sakit dari mana-mana kuman. Pastikan anda mencuci tangan semasa dan selepas prosedur.
  2. Simpan setiap sapu kapas di dalam beg zip berlabel sendiri.
  3. Labelkan piring petri anda dengan lokasi di mana anda mengambil setiap sampel.
  4. Campurkan serbuk agar dengan air, mengikut arahan dari pengilang.
  5. Tuang sedikit agar-agar cair ke dalam pinggan kaca kecil.
  6. Ambil pelapik kapas baru yang bersih dan lap pinggan petri yang bersih.
  7. Celupkan sapu ke dalam piring agar. Kemudian lap lagi pada piring petri dan labelkan & ldquocontrol. & Rdquo Mengapa anda mesti sentiasa mempunyai kawalan? Apakah tujuan kawalan berfungsi?
  8. Bersihkan pinggan kecil. Anda tidak mahu mencemarkan agar antara sampel.
  9. Ambil setiap sampel yang anda kumpulkan, celupkan ke dalam agar-agar, dan sapu piring petri yang dilabel dengan betul.
  10. Simpan pinggan pada suhu bilik dan catat pemerhatian anda selama beberapa hari. Lokasi mana yang paling banyak mempunyai bakteria?

Keputusan

Plat agar dengan lebih banyak bakteria berasal dari tempat yang menyimpan lebih banyak bakteria. Hasilnya akan berbeza-beza bergantung pada lokasi yang Anda pilih untuk diuji.

Agar digunakan sebagai permukaan untuk bakteria tumbuh. Agar itu sendiri tidak dapat dicerna oleh kebanyakan organisma, tetapi paket agar untuk sel tumbuh sering mempunyai bahan tambahan yang dimakan bakteria dan digunakan untuk tumbuh. Bakteria juga tumbuh dengan cepat dengan kelembapan dan kehangatan relatif.

Kumpulan kawalan penting kerana ia memberi anda asas untuk membandingkan pertumbuhan bakteria lain. Mudah-mudahan, jika hidangan petri bersih, anda tidak akan mengalami pertumbuhan.Sekiranya anda mempunyai pertumbuhan bakteria dalam petri petri kawalan, ia entah bagaimana terkontaminasi dengan bakteria, dan anda harus mempertimbangkannya semasa melihat hasil percubaan anda.

Lokasi di mana banyak orang yang berbeza menyentuh permukaan tertentu kemungkinan besar mempunyai sejumlah besar bakteria (misalnya, rel tangan di eskalator). Bakteria dapat menyebar melalui cairan tubuh, meninggalkan tubuh ketika seseorang batuk atau bersin dan membuat rumah baru sementara di kawasan sekitarnya. Kerana orang sering bersin atau batuk ke tangan mereka, permukaan yang bersentuhan dengan tangan, seperti pegangan pintu, cenderung mempunyai banyak bakteria. Inilah sebabnya mengapa lebih baik batuk dan bersin ke dalam lengan anda, kerana anda boleh mencegah bakteria merebak ke tangan orang lain dengan tangan anda.

Penafian dan Langkah Keselamatan

Education.com menyediakan Idea Projek Science Fair untuk tujuan maklumat sahaja. Education.com tidak membuat sebarang jaminan atau perwakilan mengenai Idea Projek Science Fair dan tidak bertanggungjawab atau bertanggungjawab atas sebarang kehilangan atau kerosakan, secara langsung atau tidak langsung, yang disebabkan oleh penggunaan maklumat tersebut oleh anda. Dengan mengakses Idea Projek Science Fair, anda mengetepikan dan menolak sebarang tuntutan terhadap Education.com yang timbul daripadanya. Di samping itu, akses anda ke laman web Education.com dan Science Fair Project Ideas dilindungi oleh Dasar Privasi dan Syarat Penggunaan laman web Education.com, yang merangkumi batasan tanggungjawab Education.com.

Amaran dengan ini diberikan bahawa tidak semua Idea Projek sesuai untuk semua individu atau dalam semua keadaan. Pelaksanaan Idea Projek Sains harus dilakukan hanya dalam keadaan yang sesuai dan dengan pengawasan ibu bapa atau yang lain. Membaca dan mematuhi langkah keselamatan semua bahan yang digunakan dalam projek adalah tanggungjawab masing-masing. Untuk maklumat lebih lanjut, rujuk buku panduan Keselamatan Sains di negeri anda.


Ekologi bakteria

Prokariota terdapat di permukaan Bumi. Mereka ditemukan di setiap lingkungan yang dapat diakses, dari es kutub hingga mata air panas yang menggelegak, dari puncak gunung ke dasar laut, dan dari badan tumbuhan dan haiwan hingga tanah hutan. Sebilangan bakteria boleh tumbuh di tanah atau air pada suhu hampir beku (0 ° C [32 ° F]), sementara yang lain berkembang di air pada suhu mendidih (100 ° C [212 ° F]). Setiap bakteria disesuaikan untuk hidup di ceruk lingkungan tertentu, baik itu permukaan laut, endapan lumpur, tanah, atau permukaan organisme lain. Tahap bakteria di udara rendah tetapi ketara, terutamanya apabila habuk telah ditangguhkan. Dalam badan air semula jadi yang tidak tercemar, jumlah bakteria dapat mencapai ribuan per mililiter di tanah yang subur, jumlah bakteria dapat berjuta-juta per gram dan dalam tinja, jumlah bakteria dapat melebihi miliaran per gram.

Prokariota adalah anggota penting dalam habitatnya. Walaupun ukurannya kecil, jumlah mereka yang cukup bermakna bahawa metabolisme mereka memainkan peranan yang sangat besar - kadang bermanfaat, kadang-kadang berbahaya - dalam penukaran unsur-unsur di persekitaran luaran mereka. Mungkin setiap bahan yang wujud secara semula jadi, dan banyak bahan sintetik, boleh terdegradasi (dimetabolisme) oleh beberapa spesies bakteria. Perut sapi terbesar, rumen, adalah ruang fermentasi di mana bakteria mencerna selulosa di rumput dan makanan, mengubahnya menjadi asid lemak dan asid amino, yang merupakan nutrien asas yang digunakan oleh sapi dan asas untuk pengeluaran lembu susu. Sisa organik dalam kumbahan atau timbunan kompos ditukar oleh bakteria sama ada menjadi nutrien yang sesuai untuk metabolisme tumbuhan atau menjadi metana gas (CH4) dan karbon dioksida. Sisa dari semua bahan organik, termasuk tumbuhan dan haiwan, akhirnya ditukar menjadi tanah dan gas melalui aktiviti bakteria dan mikroorganisma lain dan dengan itu disediakan untuk pertumbuhan selanjutnya.

Banyak bakteria hidup di sungai dan sumber air lain, dan kehadirannya pada kepadatan penduduk yang rendah dalam sampel air tidak semestinya menunjukkan bahawa air tersebut tidak sesuai untuk dimakan. Walau bagaimanapun, air yang mengandungi bakteria seperti E coli, yang merupakan penghuni normal saluran usus manusia dan haiwan, menunjukkan bahawa bahan kumbahan atau tinja baru-baru ini mencemarkan sumber air tersebut. Bakteria koliform seperti itu mungkin patogen (organisma penyebab penyakit) sendiri, dan kehadirannya menunjukkan bahawa patogen bakteria dan virus lain yang kurang mudah dikesan juga mungkin ada. Prosedur yang digunakan dalam loji pemurnian air — pengendapan, penyaringan, dan pengklorinan — dirancang untuk menghilangkan ini dan mikroorganisma lain serta agen berjangkit yang mungkin terdapat di dalam air yang ditujukan untuk penggunaan manusia. Juga, rawatan kumbahan diperlukan untuk mencegah pembebasan bakteria dan virus patogen dari air sisa ke bekalan air. Loji rawatan kumbahan juga memulakan pembusukan bahan organik (protein, lemak, dan karbohidrat) di air sisa. Pecahan bahan organik oleh mikroorganisma di dalam air menggunakan oksigen (permintaan oksigen biokimia), menyebabkan penurunan tahap oksigen, yang boleh sangat berbahaya bagi kehidupan air di sungai dan tasik yang menerima air sisa. Salah satu objektif rawatan kumbahan adalah mengoksidasi bahan organik sebanyak mungkin sebelum dibuang ke dalam sistem air, sehingga mengurangkan permintaan oksigen biokimia air sisa. Tangki pencernaan kumbahan dan alat pengudaraan secara khusus memanfaatkan keupayaan metabolisme bakteria untuk tujuan ini. (Untuk maklumat lebih lanjut mengenai rawatan air sisa, lihat kerja persekitaran: kawalan pencemaran air.)

Bakteria tanah sangat aktif dalam melakukan perubahan biokimia dengan mengubah pelbagai zat, humus dan mineral, yang menjadi ciri tanah. Unsur-unsur yang menjadi pusat kehidupan, seperti karbon, nitrogen, dan sulfur, diubah oleh bakteria dari sebatian gas anorganik menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tumbuhan dan haiwan. Bakteria juga mengubah produk akhir metabolisme tumbuhan dan haiwan menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh bakteria dan mikroorganisma lain. Kitaran nitrogen dapat menggambarkan peranan bakteria dalam mempengaruhi pelbagai perubahan kimia. Nitrogen wujud secara semula jadi di beberapa keadaan pengoksidaan, seperti nitrat, nitrit, gas dinitrogen, beberapa nitrogen oksida, amonia, dan amina organik (sebatian ammonia yang mengandungi satu atau lebih hidrokarbon yang diganti). Fiksasi nitrogen adalah penukaran gas dinitrogen dari atmosfer menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh organisma hidup. Sebilangan bakteria penentu nitrogen, seperti Azotobacter, Clostridium pasteurianum, dan Klebsiella pneumoniae, hidup bebas, sedangkan spesies Rhizobium hidup dalam hubungan intim dengan tanaman kekacang. Rhizobium organisma di dalam tanah mengenali dan menyerang rambut akar inang tumbuhan spesifik mereka, memasuki tisu tumbuhan, dan membentuk nodul akar. Proses ini menyebabkan bakteria kehilangan banyak ciri hidup bebas mereka. Mereka bergantung pada karbon yang dibekalkan oleh kilang, dan, sebagai ganti karbon, mereka menukar gas nitrogen menjadi ammonia, yang digunakan oleh kilang untuk sintesis dan pertumbuhan proteinnya. Di samping itu, banyak bakteria dapat menukar nitrat menjadi amina untuk tujuan mensintesis bahan selular atau menjadi amonia apabila nitrat digunakan sebagai akseptor elektron. Bakteria denitrifikasi menukar nitrat menjadi gas dinitrogen. Penukaran amonia atau amina organik kepada nitrat dilakukan dengan gabungan aktiviti organisma aerobik Nitrosomonas dan Nitrobacter, yang menggunakan ammonia sebagai penderma elektron.

Dalam kitaran karbon, karbon dioksida diubah menjadi bahan sel oleh tumbuhan dan prokariota autotrofik, dan karbon organik dikembalikan ke atmosfera oleh bentuk kehidupan heterotrofik. Produk pemecahan utama penguraian mikroba adalah karbon dioksida, yang terbentuk oleh organisma aerobik pernafasan.

Metana, satu lagi produk akhir metabolisme gas, adalah komponen kitaran karbon global yang agak kecil tetapi penting dalam situasi tempatan dan sebagai sumber tenaga yang boleh diperbaharui untuk kegunaan manusia. Pengeluaran metana dilakukan oleh prokariota metanogenik anaerobik yang sangat khusus dan wajib, yang semuanya adalah archaea. Metanogen menggunakan karbon dioksida sebagai akseptor elektron terminal mereka dan menerima elektron dari gas hidrogen (H2). Beberapa bahan lain dapat ditukar menjadi metana oleh organisma ini, termasuk metanol, asid formik, asid asetik, dan metilamin. Walaupun terdapat sebilangan besar bahan yang boleh digunakan oleh metanogen, penghasilan metana sangat biasa semasa penguraian anaerob banyak bahan organik, termasuk selulosa, pati, protein, asid amino, lemak, alkohol, dan kebanyakan substrat lain. Pembentukan metana dari bahan-bahan ini memerlukan bakteria anaerobik lain menurunkan bahan-bahan ini kepada asetat atau karbon dioksida dan gas hidrogen, yang kemudian digunakan oleh metanogen. Metanogen menyokong pertumbuhan bakteria anaerobik lain dalam campuran dengan membuang gas hidrogen yang terbentuk semasa aktiviti metabolik mereka untuk penghasilan metana. Penggunaan gas hidrogen merangsang metabolisme bakteria lain.

Walaupun metanogen mempunyai kemampuan metabolisme yang terhad dan cukup sensitif terhadap oksigen, mereka meluas di Bumi. Sebilangan besar metana dihasilkan di lingkungan anaerobik, seperti rawa dan rawa, tetapi sejumlah besar juga dihasilkan di tanah dan oleh haiwan ruminan. Sekurang-kurangnya 80 peratus metana di atmosfer dihasilkan oleh tindakan metanogen, selebihnya dibebaskan dari simpanan arang batu atau telaga gas asli.


Bagaimana anda mengetahui sama ada bakteria masih hidup atau tidak?

Saya sedang membuat projek sains adil mengenai kesan sinar UV pada bakteria dan akan menguji bakteria pipi di dalam dan di luar. Saya mungkin akan mengambil swab dari wajah saya dengan hujung q. Apa kaedah yang baik untuk mengukur berapa banyak bakteria yang ada, berapa banyak bakteria tumbuh, dan berapa banyak bakteria mati akibat sinar uva. Berapa lama masa yang diperlukan untuk sinar uva untuk membunuh bakteria yang disesuaikan dan tidak disesuaikan (dengan sinar uv) ?? Terima kasih!

Budaya bakteria. Sekiranya koloni tumbuh, bakteria itu masih hidup. Sekiranya koloni tidak tumbuh (atau tumbuh kurang), bakteria itu mati. Ini adalah pengukuran kasar, dan tidak mengambil kira kemungkinan mutasi yang menyebabkan kurang atau lebih banyak replikasi bakteria, tetapi untuk pameran sains saya & # 39; Anda ingin memastikan anda mengawal jumlah sel yang anda sapu, yang jelas akan mempengaruhi pengukuran anda. Bagaimana anda akan merawat bakteria dengan sinar UV? Anda boleh menggunakan crosslinker UV, yang biasanya digunakan di makmal biologi, jika anda mempunyai akses ke salah satu.


Biosintesis, pemakanan, dan pertumbuhan bakteria

Bakteria berbeza secara drastik sehubungan dengan keadaan yang diperlukan untuk pertumbuhannya yang optimum. Dari segi keperluan pemakanan, semua sel memerlukan sumber karbon, nitrogen, sulfur, fosforus, banyak garam anorganik (contohnya, kalium, magnesium, natrium, kalsium, dan zat besi), dan sebilangan besar unsur lain yang disebut mikronutrien (misalnya, zink , tembaga, mangan, selenium, tungsten, dan molibdenum). Karbon adalah unsur yang diperlukan oleh bakteria dalam jumlah terbesar kerana hidrogen dan oksigen dapat diperoleh dari air, yang merupakan prasyarat untuk pertumbuhan bakteria. Juga diperlukan sumber tenaga untuk memacu metabolisme bakteria. Salah satu cara untuk mengatur bakteria adalah berdasarkan keperluan nutrien asas: sumber karbon dan sumber tenaga.

Terdapat dua sumber yang boleh digunakan oleh sel untuk karbon: sebatian bukan organik dan sebatian organik. Organisma yang menggunakan sebatian anorganik karbon dioksida (CO2kerana sumber karbon mereka disebut autotrof. Bakteria yang memerlukan sumber karbon organik, seperti gula, protein, lemak, atau asid amino, disebut heterotrof (atau organotrof). Banyak heterotrof, seperti Escherichia coli atau Pseudomonas aeruginosa, mensintesiskan semua unsur selularnya daripada gula sederhana seperti glukosa kerana mempunyai jalur biosintetik yang diperlukan. Heterotrof lain telah kehilangan beberapa laluan biosintetik ini untuk berkembang, mereka memerlukan persekitaran mereka mengandungi asid amino, asas nitrogen, atau vitamin yang tidak utuh secara kimia.

Sebagai tambahan kepada karbon, bakteria memerlukan tenaga, yang hampir selalu diperoleh dengan pemindahan elektron dari penderma elektron ke akseptor elektron. Terdapat tiga sumber tenaga asas: cahaya, sebatian bukan organik, dan sebatian organik. Bakteria fototropik menggunakan fotosintesis untuk menghasilkan tenaga sel dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP) dari tenaga cahaya. Chemotrophs memperoleh tenaga mereka dari bahan kimia (sebatian organik dan anorganik) chemolithotrophs memperoleh tenaga mereka dari tindak balas dengan garam anorganik dan chemoheterotrophs memperoleh karbon dan tenaga mereka dari sebatian organik (sumber tenaga juga boleh berfungsi sebagai sumber karbon dalam organisma ini).

Dalam kebanyakan kes, tenaga selular dihasilkan melalui reaksi pemindahan elektron, di mana elektron bergerak dari molekul penderma organik atau anorganik ke molekul akseptor melalui jalur yang menjimatkan tenaga yang dilepaskan semasa pemindahan elektron dengan menjebaknya dalam bentuk yang boleh digunakan sel untuk kerja kimia atau fizikalnya. Bentuk utama tenaga yang ditangkap dari pemindahan elektron adalah ATP. Proses metabolik yang memecah molekul organik untuk menghasilkan tenaga disebut reaksi katabolik. Sebaliknya, proses metabolik yang mensintesis molekul disebut reaksi anabolik.

Banyak bakteria dapat menggunakan sebilangan besar sebatian sebagai sumber karbon dan tenaga, sedangkan bakteria lain sangat terhad kemampuan metabolisme mereka. Walaupun karbohidrat adalah sumber tenaga yang biasa untuk eukariota, molekul ini dimetabolisme oleh sebilangan kecil spesies bakteria, kerana kebanyakan bakteria tidak mempunyai enzim yang diperlukan untuk memetabolisme molekul yang sering kompleks ini. Sebilangan besar spesies bakteria bergantung pada sumber tenaga lain, seperti asid amino, lemak, atau sebatian lain. Sebatian lain yang penting bagi bakteria termasuk fosfat, sulfat, dan nitrogen. Tahap fosfat yang rendah di banyak lingkungan, terutama di dalam air, dapat menjadi faktor penghambat pertumbuhan bakteria, kerana banyak bakteria tidak dapat mensintesis fosfat. Sebaliknya, kebanyakan bakteria dapat menukar sulfat atau sulfida ke bentuk organik yang diperlukan untuk sintesis protein. Kemampuan organisma hidup untuk memasukkan nitrogen dari amonia secara meluas, dan bakteria berbeza dalam kemampuannya untuk menukar bentuk nitrogen lain, seperti nitrat di dalam tanah atau gas dinitrogen (N2) di atmosfera, menjadi bahan sel.

Nutrien bakteria yang sangat penting ialah zat besi, unsur yang banyak terdapat di kerak bumi. Zat besi adalah komponen protein heme, seperti hemoglobin dalam sel darah merah dan sitokrom dalam rantai pemindahan elektron serta banyak protein mengandung zat besi lain yang terlibat dalam reaksi pemindahan elektron. Zat besi diperlukan untuk pertumbuhan hampir semua organisma. Dalam lingkungan aerobik pada nilai pH netral, besi besi (besi dalam keadaan +2) dioksidasi menjadi besi besi (besi dalam keadaan +3), yang hampir tidak larut dalam air dan tidak dapat memasuki sel. Banyak bakteria mensintesis dan mengeluarkan bahan kimia yang disebut siderophores yang mengikat besi dengan ketat dan menjadikannya larut dalam air. Bakteria kemudian mengambil kompleks besi-siderophore ini dan membuang zat besi untuk tugas sintetiknya. Keupayaan untuk memperoleh zat besi dengan cara ini sangat penting bagi bakteria patogen (penyebab penyakit), yang mesti bersaing dengan besi mereka untuk mendapatkan zat besi. Dalam lingkungan anaerob, zat besi dapat wujud dalam keadaan ferus yang lebih larut dan tersedia untuk bakteria.

Sebilangan bakteria adalah parasit wajib dan hanya tumbuh di dalam sel inang yang hidup. Rickettsia dan Chlamydia, misalnya, tumbuh di sel eukariotik, dan Bdellovibrio tumbuh di sel bakteria. Treponema pallidum sukar, jika tidak mustahil, untuk berkembang dalam kultur, mungkin kerana ia memerlukan ketegangan oksigen yang rendah dan tahap pengurangan oksidasi yang rendah, yang disediakan oleh kehadiran sel haiwan, dan bukannya nutrien tertentu. Oleh kerana sebilangan bakteria boleh berkembang hanya sebagai parasit haiwan atau tumbuhan atau hanya dengan sumber nutrien yang kaya seperti susu, mereka mungkin tidak berkembang sebagai bakteria bebas di alam. Banyak bakteria dari persekitaran semula jadi wujud di sebuah konsortium dengan bakteria lain dan sukar untuk diasingkan dan dikultur secara terpisah daripada anggota lain dalam perkongsian itu.


Tonton videonya: Medium Pertumbuhan dan Fase Pertumbuhan Mikroorganisme (Januari 2022).